Aluminium dalam bentuknya yang murni pertama kali diisolasi oleh Friedrich Wöhler. Seorang ahli kimia Jerman memanaskan unsur klorida anhidrat dengan logam kalium. Itu terjadi pada paruh kedua abad ke-19. Sebelum abad ke-20 kg aluminium biaya lebih.

Hanya orang kaya dan negara yang mampu membeli logam baru. Alasan tingginya biaya adalah sulitnya memisahkan aluminium dari zat lain. Metode ekstraksi elemen pada skala industri diusulkan oleh Charles Hall.

Pada tahun 1886, ia melarutkan oksida dalam lelehan kriolit. Orang Jerman memasukkan campuran itu ke dalam bejana granit dan menghubungkannya dengan arus listrik. Plak logam murni menempel di dasar wadah.

Sifat kimia dan fisik aluminium

aluminium apa? Putih keperakan, mengkilat. Oleh karena itu, Friedrich Wöhler membandingkan butiran logam yang diterimanya. Tapi, ada peringatan - aluminium jauh lebih ringan.

Plastisitas dekat dengan berharga dan. aluminium adalah zat, tanpa masalah meregang menjadi kawat tipis dan lembaran. Cukuplah untuk mengingat kertas timah. Itu dibuat atas dasar elemen ke-13.

Aluminium ringan karena kepadatannya yang rendah. Ini tiga kali lebih sedikit dari besi. Pada saat yang sama, elemen ke-13 hampir tidak kalah kuatnya.

Kombinasi ini telah membuat logam perak sangat diperlukan dalam industri, misalnya, produksi suku cadang untuk mobil. Kita berbicara tentang produksi kerajinan tangan, karena pengelasan aluminium mungkin bahkan di rumah.

rumus aluminium memungkinkan Anda untuk secara aktif memantulkan cahaya, tetapi juga memanaskan sinar. Konduktivitas listrik elemen ini juga tinggi. Hal utama adalah jangan terlalu panas. Itu akan meleleh pada 660 derajat. Naikkan suhu sedikit lebih tinggi - itu akan terbakar.

Logamnya akan hilang, hanya aluminium oksida. Itu juga dibentuk dalam kondisi standar, tetapi hanya dalam bentuk film permukaan. Ini melindungi logam. Oleh karena itu, tahan korosi dengan baik, karena akses oksigen terhalang.

Film oksida juga melindungi logam dari air. Jika plak dihilangkan dari permukaan aluminium, reaksi dengan H 2 O akan dimulai. Gas hidrogen akan dilepaskan bahkan pada suhu kamar. Maka, perahu aluminium tidak berubah menjadi asap hanya karena lapisan oksida dan cat pelindung yang diaplikasikan pada lambung kapal.

Paling aktif interaksi aluminium dengan nonlogam. Reaksi dengan bromin dan klorin berlangsung bahkan dalam kondisi normal. Akibatnya, mereka membentuk garam aluminium. Garam hidrogen diperoleh dengan menggabungkan unsur ke-13 dengan larutan asam. Reaksi juga akan berlangsung dengan alkali, tetapi hanya setelah penghilangan film oksida. Hidrogen murni akan dilepaskan.

Aplikasi aluminium

Logam disemprotkan ke cermin. reflektansi cahaya yang baik. Proses berlangsung dalam kondisi vakum. Mereka tidak hanya membuat cermin standar, tetapi benda dengan permukaan cermin. Ini adalah: ubin keramik, peralatan rumah tangga, lampu.

Duet aluminium-tembaga- dasar duralumin. Itu hanya disebut Dural. Seperti yang ditambahkan. Komposisinya 7 kali lebih kuat dari aluminium murni, sehingga cocok untuk bidang teknik mesin dan desain pesawat.

Tembaga memberikan kekuatan elemen ke-13, tetapi tidak berat. Dural tetap 3 kali lebih ringan dari besi. kecil massa aluminium- janji ringannya mobil, pesawat, kapal. Ini menyederhanakan transportasi, operasi, mengurangi harga produk.

Beli aluminium produsen mobil juga berusaha keras karena senyawa pelindung dan dekoratif mudah diterapkan pada paduannya. Cat menempel lebih cepat dan lebih merata daripada baja, plastik.

Pada saat yang sama, paduannya dapat ditempa, mudah diproses. Ini berharga, mengingat massa tikungan dan transisi konstruktif pada model mobil modern.

Elemen ke-13 tidak hanya mudah diwarnai, tetapi juga dapat bertindak sebagai pewarna itu sendiri. Dibeli di industri tekstil aluminium sulfat. Ini juga berguna dalam pencetakan, di mana pigmen yang tidak larut diperlukan.

Sangat menarik bahwa larutan sulfat aluminium juga digunakan untuk penjernihan air. Di hadapan "agen", kotoran berbahaya mengendap dan dinetralkan.

Menetralkan unsur ke-13 dan asam. Dia sangat ahli dalam peran ini. aluminium hidroksida. Itu dihargai dalam farmakologi, kedokteran, menambah obat mulas.

Hidroksida juga diresepkan untuk bisul, proses inflamasi pada saluran usus. Jadi ada juga obat farmasi aluminium. AC id di perut - alasan untuk mempelajari lebih lanjut tentang obat-obatan tersebut.

Di Uni Soviet, perunggu dengan tambahan aluminium 11% juga dicetak. Nilai rambu adalah 1, 2 dan 5 kopecks. Mereka mulai berproduksi pada tahun 1926, selesai pada tahun 1957. Namun produksi kaleng aluminium untuk makanan kaleng belum dihentikan.

Daging rebus, saury, dan sarapan wisatawan lainnya masih dikemas dalam wadah berdasarkan unsur ke-13. Kaleng semacam itu tidak bereaksi dengan makanan, meskipun ringan dan murah.

Bubuk aluminium adalah bagian dari banyak campuran bahan peledak, termasuk kembang api. Dalam industri, mekanisme subversif berdasarkan trinitrotoluena dan elemen hancur 13 digunakan. Bahan peledak yang kuat juga diperoleh dengan menambahkan amonium nitrat ke aluminium.

Industri minyak membutuhkan aluminium klorida. Ini memainkan peran katalis dalam dekomposisi bahan organik menjadi fraksi. Minyak memiliki kemampuan untuk melepaskan gas, hidrokarbon ringan dari jenis bensin, berinteraksi dengan klorida dari logam ke-13. Reagen harus anhidrat. Setelah menambahkan klorida, campuran dipanaskan hingga 280 derajat Celcius.

Dalam konstruksi, saya sering mencampur sodium dan aluminium. Ternyata aditif untuk beton. Natrium aluminat mempercepat pengerasannya dengan mempercepat hidrasi.

Laju mikrokristalisasi meningkat, yang berarti kekuatan dan kekerasan beton meningkat. Selain itu, natrium aluminat menghemat alat kelengkapan yang diletakkan dalam larutan dari korosi.

Penambangan aluminium

Logam menutup tiga besar paling umum di bumi. Ini menjelaskan ketersediaan dan aplikasinya yang luas. Namun, alam tidak memberikan unsur itu kepada manusia dalam bentuknya yang murni. Aluminium harus diisolasi dari berbagai senyawa. Sebagian besar unsur ke-13 ada di bauksit. Ini adalah batuan seperti tanah liat, terkonsentrasi terutama di zona tropis.

Bauksit dihancurkan, kemudian dikeringkan, dihancurkan lagi dan digiling dengan sedikit air. Ternyata massa yang tebal. Itu dipanaskan dengan uap. Pada saat yang sama, sebagian besar bauksit juga tidak menguap dengan baik. Oksida dari logam ke-13 tetap ada.

Itu ditempatkan di pemandian industri. Mereka sudah mengandung cryolite cair. Suhu dijaga sekitar 950 derajat Celcius. Kita juga membutuhkan arus listrik dengan daya minimal 400 kA. Artinya, elektrolisis digunakan, seperti 200 tahun yang lalu, ketika elemen diisolasi oleh Charles Hall.

Melewati larutan panas, arus memutuskan ikatan antara logam dan oksigen. Alhasil, di bagian bawah bak mandi tetap bersih aluminium. Reaksi selesai. Proses ini diselesaikan dengan pengecoran dari sedimen dan mengirimkannya ke konsumen, atau menggunakannya untuk membentuk berbagai paduan.

Produksi aluminium utama terletak di tempat yang sama dengan deposit bauksit. Di garis depan adalah Guinea. Hampir 8.000.000 ton elemen ke-13 tersembunyi di dalam perutnya. Australia berada di tempat ke-2 dengan indikator 6.000.000. Di Brasil, aluminium sudah 2 kali lebih sedikit. Cadangan global diperkirakan 29.000.000 ton.

harga aluminium

Untuk satu ton aluminium mereka meminta hampir 1.500 dolar AS. Ini adalah data pertukaran logam non-ferrous per tanggal 20 Januari 2016. Biaya ditetapkan terutama oleh para industrialis. Lebih tepatnya, harga aluminium dipengaruhi oleh permintaan bahan baku mereka. Ini mempengaruhi permintaan pemasok dan biaya listrik, karena produksi elemen ke-13 adalah padat energi.

Harga lainnya ditetapkan untuk aluminium. Dia pergi ke kehancuran. Biaya diumumkan per kilogram, dan sifat bahan yang dikirim itu penting.

Jadi, untuk logam listrik mereka memberikan sekitar 70 rubel. Untuk aluminium food grade, Anda bisa mendapatkan 5-10 rubel lebih sedikit. Hal yang sama dibayar untuk logam motor. Jika varietas campuran disewa, harganya 50-55 rubel per kilogram.

Jenis skrap termurah adalah serutan aluminium. Untuk itu berhasil mendapatkan hanya 15-20 rubel. Sedikit lagi akan diberikan untuk elemen ke-13. Ini mengacu pada wadah untuk minuman, makanan kaleng.

Radiator aluminium juga diremehkan. Harga per kilogram memo adalah sekitar 30 rubel. Ini adalah angka rata-rata. Di berbagai daerah, di titik yang berbeda, aluminium diterima lebih mahal atau lebih murah. Seringkali biaya bahan tergantung pada volume yang dikirim.

Senyawa aluminium telah dikenal manusia sejak zaman kuno. Salah satunya adalah bahan pengikat antara lain aluminium-kalium tawas Al(SO4)2. Mereka telah digunakan secara luas. Mereka digunakan sebagai mordan dan sebagai penghenti darah. Impregnasi kayu dengan larutan tawas kalium membuatnya tidak mudah terbakar. Sebuah fakta sejarah yang menarik diketahui, bagaimana Archelaus, seorang komandan dari Roma selama perang dengan Persia, memerintahkan untuk mengolesi menara yang berfungsi sebagai struktur pertahanan dengan tawas. Persia tidak pernah berhasil membakar mereka.

Senyawa aluminium lainnya adalah lempung alam, yang meliputi aluminium oksida Al2O3.

Upaya pertama untuk mendapatkan aluminium hanya di pertengahan abad XIX. Upaya yang dilakukan oleh ilmuwan Denmark H.K. Oersted berhasil. Untuk memperolehnya, ia menggunakan kalium amalgamasi sebagai zat pereduksi untuk aluminium oksida. Tetapi jenis logam apa yang diperoleh maka tidak mungkin untuk mengetahuinya. Beberapa waktu kemudian, dua tahun kemudian, aluminium diperoleh oleh ahli kimia Jerman Wehler, yang memperoleh aluminium menggunakan pemanasan aluminium klorida anhidrat dengan logam kalium. Kerja keras ilmuwan Jerman selama bertahun-tahun tidak sia-sia. Selama 20 tahun, ia berhasil menyiapkan logam granular. Ternyata mirip dengan perak, tetapi jauh lebih ringan dari itu. Aluminium adalah logam yang sangat mahal, dan sampai awal abad ke-20, nilainya lebih tinggi daripada emas. Oleh karena itu, selama bertahun-tahun, aluminium telah digunakan sebagai pameran museum. Sekitar tahun 1807, Davy mencoba melakukan elektrolisis alumina, menerima logam yang disebut aluminium (Alumium) atau aluminium (Aluminium), yang diterjemahkan dari bahasa Latin sebagai tawas.

Memperoleh aluminium dari tanah liat menarik tidak hanya untuk ilmuwan kimia, tetapi juga untuk industrialis. Sangat sulit untuk memisahkan aluminium dari zat lain; ini berkontribusi pada fakta bahwa itu lebih mahal daripada emas. Pada tahun 1886, ahli kimia Ch.M. Hall mengusulkan metode yang memungkinkan untuk mendapatkan logam dalam jumlah besar. Melakukan penelitian, ia melarutkan aluminium oksida dalam lelehan kriolit AlF3 nNaF. Campuran yang dihasilkan ditempatkan dalam bejana granit dan arus listrik konstan dilewatkan melalui lelehan. Dia sangat terkejut ketika, setelah beberapa waktu, dia menemukan plakat aluminium murni di bagian bawah kapal. Metode ini masih yang utama untuk produksi aluminium dalam skala industri. Logam yang dihasilkan bagus untuk semuanya, kecuali untuk kekuatan, yang diperlukan untuk industri. Dan masalah ini telah terpecahkan. Kimiawan Jerman Alfred Wilm menggabungkan aluminium dengan logam lain: tembaga, mangan, dan magnesium. Hasilnya adalah paduan yang jauh lebih kuat dari aluminium.

2. Bagaimana untuk mendapatkan

Invensi ini berhubungan dengan metode untuk memproduksi aluminium dengan memisahkannya secara elektrolitik dari larutan berair secara bersamaan dengan hidrogen. Metode ini menggunakan katoda logam cair, seperti galium. Kandungan aluminium dalam logam ditingkatkan menjadi 6% berat, paduan dikeluarkan dari elektroliser, didinginkan dalam kisaran 98 hingga 26°C, dan aluminium diisolasi dengan kristalisasi, memperoleh larutan padat jenuh primer dengan kandungan aluminium sekitar 80 persen berat. Campuran larutan induk dari komposisi eutektik dikembalikan ke elektrolisis sebagai logam katoda, dan larutan padat primer dilebur dan mengalami rekristalisasi pada suhu di bawah 660 °C, berturut-turut memisahkan sekunder, tersier, dll. solusi padat dari cair ke produksi aluminium kemurnian teknis dari mereka. Metode alternatif produksi aluminium - proses karbotermal, proses Todt, proses Kuwahara, elektrolisis klorida, reduksi aluminium dengan natrium - tidak menunjukkan keunggulan dibandingkan metode Eru-Hall. Prototipe dari penemuan ini adalah usulan kami sebelumnya dengan nama yang sama, di bawah N. Memperoleh aluminium dari larutan berair secara bersamaan dengan hidrogen, yang merupakan inti dari penemuan ini, sangat menggoda, tetapi tidak dapat direalisasikan karena proses pasivasi. dari katoda aluminium padat dengan film oksida-hidroksida dengan komposisi variabel. Upaya kami untuk menerapkan proses dalam larutan alkali aluminat, asam sulfat, asam klorida, dan asam nitrat sama-sama tidak berhasil. Dalam hal ini, kami mengusulkan untuk memperoleh aluminium dan hidrogen pada katoda logam cair yang mengalir, misalnya, pada katoda galium atau yang terdiri dari paduan galium dan aluminium. Paduan leleh rendah lainnya juga dapat digunakan. katoda. Akibatnya, elektrolisis dilakukan dengan mudah dan, pada perkiraan pertama, cukup dengan pelepasan aluminium yang dijamin ke dalam paduan katoda.

Dalam industri, aluminium diperoleh dengan elektrolisis Al2O3 dalam lelehan kriolit Na3 pada suhu 950

2Al2O3 = 4Al(3+) + 6O(2-) = 2Al + 3O2

Reaksi utama dari proses:

CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 (15.h)

SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2

HF dan H2SiF6 adalah produk gas yang terperangkap dalam air. Untuk mendesilikonisasi larutan yang dihasilkan, jumlah soda yang dihitung pertama kali dimasukkan ke dalamnya:

H2SiF6 + Na2CO3 → Na2SiF6 + CO2 + H2O (15.i)

Na2SiF6 yang sedikit larut dipisahkan, dan larutan asam fluorida yang tersisa dinetralkan dengan soda dan aluminium hidroksida berlebih untuk mendapatkan kriolit:

12HF + 3Na2CO3 + 2Al(OH)3 → 2(3NaF AlF3) + 3CO2 + 9H2O (15.c)

Dengan cara yang sama, NaF dan AlF3 dapat diperoleh secara terpisah jika larutan asam fluorida desilikonisasi dinetralkan dengan sejumlah Na2CO3 atau Al(OH)3 yang dihitung.

Pengantar.

Sekitar 100 tahun yang lalu, Nikolai Gavrilovich Chernyshevsky mengatakan tentang aluminium bahwa logam ini ditakdirkan untuk masa depan yang hebat, bahwa aluminium adalah logam sosialisme. Dia ternyata seorang visioner: di abad ke-20. elemen No. 13 aluminium menjadi dasar dari banyak bahan struktural. Unsur periode ke-3 dan golongan IIIA dari sistem periodik. Rumus elektronik atom 3S23p1 dari keadaan oksidasi adalah + III dan 0.

Dengan elektronegativitas (1,47) itu sama dengan berilium, ia menunjukkan sifat amfoter (asam dan basa). Dalam senyawa, bisa dalam komposisi kation dan anion. Di alam, unsur paling umum keempat (yang pertama di antara logam) berada dalam keadaan terikat secara kimia. Ini adalah bagian dari banyak mineral aluminosilikat, batuan (granit, porfiri, basal, gneisses, serpih), berbagai lempung (tanah liat putih disebut kaolin), bauksit dan alumina Al2O3.

Sangat menarik untuk melacak dinamika produksi aluminium lebih dari satu setengah abad yang telah berlalu sejak seseorang pertama kali mengambil sepotong logam keperakan ringan.

Selama 30 tahun pertama, dari tahun 1825 hingga 1855, tidak ada angka pasti. Tidak ada metode industri untuk memproduksi aluminium, di laboratorium, itu diperoleh paling baik dalam kilogram, melainkan dalam gram. Ketika ingot aluminium pertama kali dipamerkan di Pameran Dunia di Paris pada tahun 1855, itu dianggap sebagai permata langka. Dan dia muncul di pameran karena baru pada tahun 1855, ahli kimia Prancis Henri Etienne Saint-Clair Deville mengembangkan metode industri pertama untuk memproduksi aluminium, berdasarkan perpindahan unsur No. 13 oleh logam natrium dari natrium klorida ganda dan aluminium NaCl AlCl3.

Selama 36 tahun, dari tahun 1855 hingga 1890, 200 ton logam aluminium diperoleh dengan metode Saint-Clair Deville.

Pada dekade terakhir abad ke-19 (sudah dengan metode baru), 28 ribu ton aluminium diperoleh di dunia.

Pada tahun 1930, dunia peleburan logam ini sebesar 300 ribu ton.

Pada tahun 1975, negara-negara kapitalis saja memproduksi sekitar 10 juta ton aluminium, dan angka-angka ini bukanlah yang tertinggi. Menurut American Engineering and Mining Journal, produksi aluminium di negara-negara kapitalis pada tahun 1975 turun 11%, atau 1,4 juta ton, dibandingkan dengan tahun 1974.

Sama mencoloknya adalah perubahan biaya aluminium. Pada tahun 1825, harganya 1.500 kali lebih mahal daripada besi, hari ini harganya hanya tiga kali lipat. Saat ini, aluminium lebih mahal daripada baja karbon biasa, tetapi lebih murah daripada baja tahan karat. Jika kita menghitung biaya produk aluminium dan baja, dengan mempertimbangkan beratnya dan ketahanan relatifnya terhadap korosi, ternyata saat ini dalam banyak kasus jauh lebih menguntungkan menggunakan aluminium daripada baja.

Sifat fisik Al

Putih keperakan, mengkilap, logam ulet. Di udara, ditutupi dengan film pelindung matte Al2O3, yang sangat stabil dan melindungi logam dari korosi; dipasifkan dalam HNO3 pekat.

Konstanta fisik:

M, = 26,982 » 27, p = 2,70 g/cm3

mp 660,37 °С, tbp=2500 °С

Sifat kimia A aku

Aktif secara kimia, menunjukkan sifat amfoter - bereaksi dengan asam dan basa:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + ZH2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na] + 3H2

2Al + 6NaOH(t) = 2NaAlO2+ + 3H2 + 2Na2O

Paduan aluminium bereaksi keras dengan air:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 + 836 kJ

Zat pereduksi kuat, ketika dipanaskan, berinteraksi dengan oksigen, belerang, nitrogen, dan karbon:

4Al+3O2=2Al2O3, 2Al+3S=Al2S3

2Al+N2=2AlN, 4Al+3C=Al4Cz

Dengan klorin, brom dan yodium, reaksi berlangsung pada suhu kamar (yodium membutuhkan katalis - setetes H2O), halida AlCl3, AlBr3 dan AlI3 terbentuk.

Metode yang penting secara industri aluminotermi:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

10Al + ZV2O5 = 5Al2O3 + 6V

Aluminium mereduksi Nv menjadi N-III:

8Al + 30HNO3 (sangat encer) \u003d 8Al (NO3) 3 + 3NH4NO3 + 9H2O

8Al + 18H2O + 5KOH + 3KNO3 = 8K + 3NH3

(kekuatan pendorong reaksi ini adalah pelepasan antara atom hidrogen H°, dan dalam reaksi kedua, pembentukan kompleks hidrokso yang stabil [Al (OH) 4] 3-).

Mendapatkan dan menggunakan Al

Memperoleh Al dalam industri - elektrolisis Al2O3 dalam lelehan kriolit Na3[AlF6] pada 950 °С:

Ini digunakan sebagai reagen dalam aluminotermi untuk mendapatkan logam langka dan pengelasan struktur baja.

Aluminium adalah bahan struktural yang paling penting, dasar dari paduan tahan korosi ringan (dengan magnesium - duralumin, atau duralumin, dengan tembaga -- aluminium perunggu, dari mana perubahan kecil dicetak). Aluminium murni dalam jumlah besar digunakan untuk pembuatan piring dan kabel listrik.

Aluminium oksida Al 2 HAI 3

Bubuk amorf putih atau kristal putih yang sangat keras. Konstanta fisik:

Mr = 101,96»102, p = 3,97 g/cm3 tmelt=2053°С, tboil=30000°С

Kristal Al2O3 secara kimiawi pasif, amorf lebih aktif. Perlahan bereaksi dengan asam dan alkali dalam larutan, menunjukkan sifat amfoter:

Al2O3 + 6HCl(konk.) = 2AlCl3 + 3H2O

Al2O3 + 2NaOH(konk.) + 3H2O = 2Na

(NaAlO2 terbentuk dalam lelehan alkali). Reaksi kedua digunakan untuk "membuka" bauksit.

Selain sebagai bahan baku pembuatan aluminium, Al2O3 dalam bentuk bubuk juga berfungsi sebagai komponen bahan tahan api, tahan kimia dan abrasif. Dalam bentuk kristal, digunakan untuk pembuatan laser dan permata sintetis (rubi, safir, dll.), diwarnai dengan pengotor oksida logam lainnya - Cr2O3 (merah), Ti2O3 dan Fe2O3 (biru).

Aluminium hidroksida Al(OH)3

Putih amorf (seperti gel) atau kristal. Praktis tidak larut dalam air. Konstanta fisik:

Mr=78.00, p=3,97 g/cm3,

t dekom > 170 °С

Saat dipanaskan, ia terurai secara bertahap, membentuk produk antara - metahidroksida AlO(OH):

Menunjukkan sifat asam dan basa amfoter, sama diucapkan:

Ketika menyatu dengan NaOH, NaAlO terbentuk.

Untuk menerima endapan Al (OH) 3 alkali biasanya tidak digunakan (karena kemudahan transisi endapan ke dalam larutan), tetapi garam aluminium ditindaklanjuti dengan amonia hidrat;

Al (OH) 3 terbentuk pada suhu kamar, dan AlO (OH) yang kurang aktif terbentuk selama perebusan:

Cara mudah untuk mendapatkan Al(OH)3 adalah dengan melewatkan CO2 melalui larutan kompleks hidrokso:

[Al(OH)4]- + CO2 = Al(OH)3¯+ HCO3-

Ini digunakan untuk sintesis garam aluminium, pewarna organik; sebagai obat untuk hyperacidity jus lambung.

garam aluminium

Garam aluminium dan asam kuat sangat larut dalam air dan sebagian besar mengalami hidrolisis kation, menciptakan lingkungan asam kuat di mana logam seperti magnesium dan seng larut:

a) AlCl3 \u003d Alz ++ ZCl-

Al3++H2OÛAlOH2++H+

b) Zn+2H+=Zn2++H2

AlF3 fluorida dan AlPO4 ortofosfat tidak larut dalam air, dan garam dari asam yang sangat lemah, misalnya H2CO3, tidak terbentuk sama sekali dengan pengendapan dari larutan berair.

Garam aluminium ganda dikenal - tawas komposisi MIAl(SO4)2 12H2O (MI=Na+, K+, Rb+, Cs+, TI+, NH4+), yang paling umum kalium tawas KAl(SO4)2 12H2O.

Senyawa biner aluminium

Senyawa dengan ikatan kovalen yang dominan, seperti AlS3 sulfida dan AlC3 karbida.

Terurai sempurna oleh air:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + CH4

Senyawa ini digunakan sebagai sumber gas murni - H2S dan CH4.

Minat, minat...

8,80% massa kerak bumi terdiri dari aluminium - elemen paling umum ketiga di planet kita. Produksi aluminium dunia terus berkembang. Sekarang sekitar 2% dari produksi baja, jika dihitung berdasarkan berat. Dan jika berdasarkan volume, maka 5 ... 6%, karena aluminium hampir tiga kali lebih ringan dari baja. Aluminium dengan percaya diri mendorong tembaga dan semua logam non-ferrous lainnya ke tempat ketiga dan selanjutnya, menjadi logam terpenting kedua di Zaman Besi yang sedang berlangsung. Menurut perkiraan, pada akhir abad ini, bagian aluminium dalam total produksi logam harus mencapai 4 ... 5% berat.

Ada banyak alasan untuk ini, yang utama adalah prevalensi aluminium, di satu sisi, dan serangkaian sifat yang sangat baik - ringan, daktilitas, ketahanan korosi, konduktivitas listrik, keserbagunaan dalam arti kata yang lengkap - di sisi lain .

Aluminium datang ke teknologi terlambat karena dalam senyawa alami itu terikat kuat dengan unsur-unsur lain, terutama dengan oksigen dan melalui oksigen dengan silikon, dan dibutuhkan banyak usaha dan energi untuk menghancurkan senyawa ini dan melepaskan logam keperakan ringan dari mereka.

Logam aluminium pertama pada tahun 1825 diperoleh oleh fisikawan Denmark terkenal Hans Christian Oersted, yang dikenal terutama karena karyanya tentang elektromagnetisme. Oersted melewatkan klorin melalui campuran panas alumina (alumina Al2O3) dengan batu bara, dan aluminium klorida anhidrat yang dihasilkan dipanaskan dengan kalium amalgam. Kemudian, seperti yang dilakukan Davy, yang gagal memperoleh aluminium dengan elektrolisis alumina, amalgam terurai dengan pemanasan, merkuri menguap, dan aluminium lahir.

Pada tahun 1827, Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dengan cara yang berbeda, menggantikannya dari klorida yang sama dengan logam kalium. Metode industri pertama untuk memproduksi aluminium, sebagaimana telah disebutkan, dikembangkan hanya pada tahun 1855, dan aluminium menjadi logam yang secara teknis penting hanya pada pergantian abad ke-19 ... ke-20. Mengapa?

Terbukti dengan sendirinya bahwa tidak setiap senyawa aluminium alami dapat dianggap sebagai bijih aluminium. Di pertengahan dan bahkan di akhir abad XIX. dalam literatur kimia Rusia, aluminium sering disebut tanah liat, oksidanya masih disebut alumina. Dalam istilah ini - indikasi langsung keberadaan elemen No. 13 di tanah liat yang ada di mana-mana. Tapi tanah liat adalah konglomerat yang agak kompleks dari tiga oksida - alumina, silika dan air (ditambah berbagai aditif); dimungkinkan untuk mengekstrak alumina darinya, tetapi jauh lebih sulit untuk melakukan ini daripada mendapatkan alumina yang sama dari batu yang cukup umum, biasanya merah-coklat, yang mendapatkan namanya dari daerah Les Baux di Prancis selatan.

Batuan ini - bauksit mengandung 28 hingga 60% Al2O3. Keuntungan utamanya adalah mengandung setidaknya dua kali lebih banyak alumina daripada silika. Dan silika adalah pengotor yang paling berbahaya dalam hal ini, yang paling sulit untuk dihilangkan. Selain oksida tersebut, bauksit selalu mengandung oksida besi Fe2O3, juga mengandung oksida titanium, fosfor, mangan, kalsium dan magnesium.

Selama Perang Dunia Kedua, ketika banyak negara yang bertikai tidak memiliki cukup aluminium yang diperoleh dari bauksit, jenis bahan baku lain digunakan jika perlu: Italia menerima aluminium dari lava Vesuvius, AS dan Jerman - dari tanah liat kaolin, Jepang - dari serpih dan alunit. Tetapi aluminium ini harganya rata-rata lima kali lebih mahal daripada aluminium bauksit, dan setelah perang, ketika cadangan batu yang sangat besar ditemukan di Afrika, Amerika Selatan, dan kemudian di Australia, industri aluminium di seluruh dunia kembali ke bahan baku bauksit tradisional.

Di Uni Soviet, ada metode yang telah teruji di pabrik untuk produksi aluminium berdasarkan batuan nephelinosyenite dan nephelineapatite. Di SSR Azerbaijan, perkembangan industri alunit sebagai bahan baku yang kompleks, termasuk aluminium, sudah dimulai sejak lama. Tetapi alam tidak menghalangi kita dari bahan baku aluminium terbaik - bauksit. Kami memiliki wilayah penghasil bauksit Ural Utara dan Turgai (terletak di Kazakhstan): ada bauksit di Siberia Barat dan Timur, di barat laut bagian Eropa negara itu. Atas dasar deposit bauksit Tikhvin dan energi pembangkit listrik tenaga air Volkhovskaya, anak sulung industri aluminium domestik, pabrik aluminium Volkhov, memulai pekerjaannya pada tahun 1932. Listrik murah dari pembangkit listrik tenaga air besar Siberia dan pembangkit listrik distrik negara bagian telah menjadi "komponen" penting dari industri aluminium yang berkembang pesat di Siberia.

Kami mulai berbicara tentang energi bukan secara kebetulan. Produksi aluminium membutuhkan energi yang intensif. Aluminium oksida murni meleleh pada suhu 2050 °C dan tidak larut dalam air, dan untuk mendapatkan aluminium, harus dilakukan elektrolisis. Itu perlu untuk menemukan cara untuk entah bagaimana mengurangi titik leleh alumina hingga setidaknya 1000 ° C; hanya dalam kondisi ini aluminium dapat menjadi logam yang penting secara teknis. Masalah ini diselesaikan dengan brilian oleh ilmuwan muda Amerika Charles Martin Hall dan hampir bersamaan dengannya oleh orang Prancis Paul Héroux. Mereka menemukan bahwa alumina larut dengan baik dalam kriolit 3NaF · AlF3. Solusi ini mengalami elektrolisis di pabrik aluminium saat ini pada suhu 950 ° C.

Peralatan elektrolisis adalah bak besi yang dilapisi dengan batu bata tahan api dengan blok batubara yang bertindak sebagai katoda. Aluminium cair dilepaskan pada mereka, dan oksigen dilepaskan pada anoda, bereaksi dengan bahan anoda (biasanya batu bara). Pemandian beroperasi pada tegangan rendah - 4,0 ... 4,5 V, tetapi pada arus tinggi - hingga 150 ribu A.

Menurut data Amerika, selama tiga dekade terakhir, konsumsi energi dalam peleburan aluminium telah menurun sepertiga, tetapi produksi ini masih cukup intensif energi.

Seperti apa dia?

Dari rendaman elektrolit, aluminium biasanya dihilangkan menggunakan sendok vakum, dan setelah dibersihkan dengan klorin (untuk menghilangkan kotoran terutama non-logam), dituangkan ke dalam cetakan. Dalam beberapa tahun terakhir, aluminium ingot semakin banyak dicetak dengan metode kontinyu. Ternyata aluminium secara teknis murni, di mana logam dasarnya adalah 99,7% (pengotor utama: natrium, besi, silikon, hidrogen). Aluminium inilah yang masuk ke sebagian besar industri. Jika diperlukan logam yang lebih murni, aluminium dimurnikan dengan satu atau lain cara. Pemurnian elektrolit dengan elektrolit organik memungkinkan untuk memperoleh aluminium dengan kemurnian 99,999%. Bahkan aluminium yang lebih murni untuk kebutuhan industri semikonduktor diperoleh dengan peleburan zona atau distilasi melalui subfluorida.

Yang terakhir tampaknya membutuhkan penjelasan. Aluminium yang akan dimurnikan dipanaskan di bawah vakum hingga 1000 °C dengan adanya AlF3. Garam ini menyublim tanpa meleleh. Interaksi aluminium dengan aluminium fluorida mengarah pada pembentukan subfluorida AlF, zat yang tidak stabil di mana aluminium secara formal monovalen. Pada suhu di bawah 800 °C, subfluorida terurai lagi menjadi fluorida dan aluminium murni, kami tekankan, murni, karena pengotor akibat gangguan ini masuk ke dalam komposisi fluorida.

Meningkatkan kemurnian logam mempengaruhi sifat-sifatnya. Semakin murni aluminium, semakin ringan, meskipun tidak banyak, semakin tinggi konduktivitas termal dan listrik, reflektifitas, dan keuletannya. Peningkatan ketahanan kimia sangat terlihat. Yang terakhir ini dijelaskan oleh kontinuitas yang lebih besar dari film oksida pelindung, yang meliputi aluminium teknis ultra murni dan biasa di udara.

Namun, semua keuntungan yang terdaftar dari aluminium ultra-murni sampai batas tertentu juga merupakan karakteristik dari aluminium biasa. Aluminium ringan - semua orang tahu itu, kerapatannya 2,7 g / cm3 - hampir 3 kali lebih kecil dari baja, dan 3,3 kali lebih kecil dari tembaga. Dan konduktivitas listrik aluminium hanya sepertiga lebih rendah dari konduktivitas listrik tembaga. Keadaan ini dan fakta bahwa aluminium telah menjadi jauh lebih murah daripada tembaga (hari ini - sekitar 2,5 kali) menyebabkan penggunaan aluminium secara besar-besaran dalam kabel dan secara umum dalam teknik listrik.

Konduktivitas termal yang tinggi, dikombinasikan dengan ketahanan kimia yang lebih dari memuaskan, membuat aluminium menjadi bahan yang menjanjikan untuk penukar panas dan perangkat lain dalam industri kimia, lemari es rumah, radiator mobil dan traktor. Reflektifitas aluminium yang tinggi ternyata sangat berguna dalam pembuatan reflektor yang kuat, layar televisi besar, dan cermin pada dasarnya. Penangkapan kecil neutron menjadikan aluminium salah satu logam terpenting dalam teknologi nuklir.

Semua kelebihan aluminium yang banyak ini menjadi lebih signifikan karena logam ini sangat berteknologi. Ini diproses dengan sempurna oleh tekanan - rolling, pressing, stamping, forging. Properti yang berguna ini didasarkan pada struktur kristal aluminium. Kisi kristalnya terdiri dari kubus dengan permukaan di tengah; jarak antara bidang sejajar 4,04 . Logam yang dibangun dengan cara ini biasanya menerima deformasi plastis dengan baik. Aluminium tidak terkecuali.

Namun, aluminium lemah. Kekuatan tarik aluminium murni hanya 6...8 kg/mm3, dan jika bukan karena kemampuannya untuk membentuk paduan yang lebih kuat, aluminium tidak akan menjadi salah satu logam terpenting abad ke-20.

Tentang manfaat fase penuaan dan penguatan

“Aluminium sangat mudah membentuk paduan dengan berbagai logam. Dari jumlah tersebut, hanya paduan dengan tembaga yang memiliki aplikasi teknis. Itu disebut aluminium perunggu ... "

Kata-kata dari Fundamentals of Chemistry Mendeleev ini mencerminkan keadaan sebenarnya yang ada pada tahun-tahun pertama abad kita. Saat itulah edisi seumur hidup terakhir dari buku terkenal itu diterbitkan dengan koreksi terbaru oleh penulisnya. Memang, dari paduan aluminium pertama (yang pertama adalah paduan dengan silikon, diperoleh pada tahun 50-an abad terakhir), hanya paduan yang disebutkan oleh Mendeleev yang menemukan aplikasi praktis. Namun, aluminium di dalamnya hanya 11%, dan sebagian besar sendok dan garpu terbuat dari paduan ini. Sangat sedikit perunggu aluminium yang masuk ke industri jam tangan.

Sementara itu, pada awal abad XX. paduan pertama dari keluarga duralumin diperoleh. Paduan berbasis aluminium ini dengan tambahan tembaga dan magnesium diperoleh dan dipelajari pada tahun 1903-1911. ilmuwan Jerman terkenal A. Wilm. Dia menemukan karakteristik fenomena penuaan alami dari paduan ini, yang mengarah pada peningkatan tajam dalam sifat kekuatannya.

Dalam duralumin, setelah pengerasan - pendinginan mendadak dari 500 ° C ke suhu kamar dan mempertahankan suhu ini selama 4 ... 5 hari - kekuatan dan kekerasan meningkat berkali-kali lipat. Pada saat yang sama, kemampuan untuk berubah bentuk tidak berkurang, dan kekuatan tarik meningkat dari 6...8 menjadi 36...38 kg/mm2. Penemuan ini sangat penting bagi perkembangan industri aluminium.

Dan segera diskusi dimulai tentang mekanisme penuaan alami paduan, tentang mengapa pengerasan terjadi. Disarankan bahwa selama penuaan duralumin yang mengeras dari matriks - larutan tembaga dalam aluminium lewat jenuh - kristal terkecil dari komposisi CuAl2 diendapkan dan fase penguatan ini mengarah pada peningkatan kekuatan dan kekerasan paduan sebagai a utuh.

Penjelasan ini tampaknya cukup memuaskan, tetapi setelah kemunculannya, gairah semakin berkobar, karena tidak ada yang berhasil memeriksa partikel komposisi CuAl2 pada pelat duralumin yang dipoles dengan mikroskop optik. Dan realitas keberadaan mereka dalam paduan tua alami mulai dipertanyakan. Itu semua lebih dibenarkan karena pelepasan tembaga dari matriks seharusnya mengurangi hambatan listriknya, tetapi sementara itu, dengan penuaan alami duralumin, itu meningkat, dan ini secara langsung menunjukkan bahwa tembaga tetap dalam larutan padat.

Situasi ini diklarifikasi hanya dengan analisis difraksi sinar-X. Baru-baru ini, berkat mikroskop elektron yang kuat, yang memungkinkan untuk melihat melalui film logam tipis, gambar menjadi jelas. Kebenaran ternyata berada di suatu tempat di tengah. Tembaga tidak terpisah dari larutan padat dan tidak tetap berada di dalamnya dalam keadaan yang sama. Dalam proses penuaan, ia terakumulasi di daerah berbentuk cakram setebal 1-3 lapisan atom dan berdiameter sekitar 90 , membentuk apa yang disebut zona Guinier-Preston. Mereka memiliki struktur kristal larutan padat yang terdistorsi; wilayah larutan padat itu sendiri yang berdekatan dengan zona juga terdistorsi.

Jumlah formasi seperti itu sangat besar - dinyatakan sebagai unit dengan 16 ... 18 nol untuk 1 cm paduan. Perubahan dan distorsi kisi kristal selama pembentukan zona Guinier-Preston (penuaan zona) adalah alasan peningkatan kekuatan duralumin selama penuaan alami. Perubahan yang sama meningkatkan hambatan listrik paduan. Dengan peningkatan suhu penuaan, alih-alih zona yang memiliki struktur dekat dengan aluminium, partikel terkecil dari fase metastabil dengan kisi kristalnya sendiri muncul (buatan, atau, lebih tepatnya, penuaan fase). Perubahan lebih lanjut dalam struktur ini menyebabkan peningkatan tajam dalam ketahanan terhadap deformasi plastis kecil.

Dapat dikatakan tanpa berlebihan bahwa sayap pesawat terbang tertahan di udara oleh zona atau partikel metastabil, dan jika akibat pemanasan muncul endapan stabil alih-alih zona dan partikel, sayap akan kehilangan kekuatannya dan hanya menekuk.

Di Uni Soviet pada 1920-an, insinyur metalurgi V.A. Butalov mengembangkan versi domestik duralumin, yang disebut aluminium rantai. Kata "duralumin" berasal dari nama kota Düren di Jerman, di mana produksi industri paduan ini dimulai. Dan rantai-aluminium dibuat di desa (sekarang kota) Kolchugino, Wilayah Vladimir. Pesawat logam Soviet pertama ANT-2 yang dirancang oleh A.N. terbuat dari rantai-aluminium. Tupolev.

Paduan seperti itu masih penting untuk teknologi. Dari paduan D1, khususnya, bilah baling-baling pesawat dibuat. Selama perang, ketika pilot sering harus mendarat di platform acak atau, tanpa melepaskan roda pendarat, di "perut", sering terjadi bilah baling-baling bengkok ketika menyentuh tanah. Bengkok tapi tidak pecah! Di sana di lapangan mereka diluruskan dan terbang lagi dengan baling-baling yang sama ... Paduan lain dari keluarga duralumin yang sama - D16 digunakan secara berbeda dalam industri pesawat - panel sayap bawah dibuat darinya.

Pada dasarnya paduan baru muncul ketika fase penguatan baru ditemukan. Mereka dicari, dicari dan akan dicari oleh peneliti. Fasa pada dasarnya adalah senyawa kimia-senyawa intermetalik yang terbentuk dalam paduan dan secara signifikan mempengaruhi sifat-sifatnya. Fase yang berbeda meningkatkan kekuatan, ketahanan korosi, dan karakteristik praktis penting lainnya dari paduan dengan cara yang berbeda. Namun, sejak penemuan Wilm, sangat sedikit yang ditemukan - kurang dari selusin. Pembentukan mereka hanya mungkin di bawah kondisi kelarutan unsur-unsur yang sesuai dalam aluminium. Jelas, setiap fase penguatan layak mendapatkan cerita yang cukup detail.

Telah disebutkan bahwa paduan aluminium pertama adalah paduannya dengan silikon, tetangga pada tabel periodik. Tetapi sifat-sifat paduan ini tidak memuaskan, dan karena itu untuk waktu yang lama diyakini bahwa penambahan silikon ke aluminium berbahaya. Tetapi sudah di awal 20-an abad kita, telah ditetapkan dengan kuat bahwa paduan sistem Al - Mg - Si (fase Mg2Si), seperti duralumin, memiliki efek pengerasan selama penuaan. Kekuatan tarik paduan tersebut adalah dari 12 hingga 36 kg / mm2, tergantung pada kandungan silikon dan magnesium dan pada penambahan tembaga dan mangan.

Paduan ini banyak digunakan dalam pembuatan kapal, serta dalam konstruksi modern. Detail yang menarik: hari ini di beberapa negara (di AS, misalnya) lebih banyak aluminium dihabiskan untuk konstruksi daripada untuk semua moda transportasi gabungan: pesawat terbang, kapal, gerbong, mobil. Di negara kita, paduan aluminium banyak digunakan dalam pembangunan Istana Perintis di Perbukitan Lenin dan gedung Komite Standar Uni Soviet di Leninsky Prospekt di Moskow, Istana Olahraga di Kyiv, dan banyak bangunan modern lainnya. Ribuan rumah aluminium prefabrikasi berhasil "bekerja" di Kutub Utara dan di daerah pegunungan, di mana tidak ada bahan bangunan lokal di dekatnya atau konstruksinya penuh dengan kesulitan besar. Aluminium (kebanyakan) rumah dikirim ke tempat-tempat tersebut dengan aluminium (kebanyakan) pesawat dan helikopter.

Omong-omong, tentang helikopter. Baling-baling baling-balingnya dibuat di seluruh dunia dari paduan sistem Al - Mg - Si, karena paduan ini memiliki ketahanan korosi yang sangat tinggi dan menahan beban getaran dengan baik. Properti inilah yang sangat penting bagi pilot helikopter dan penumpangnya. Cacat korosi sekecil apa pun dapat secara dramatis mempercepat perkembangan retak lelah. Untuk ketenangan pikiran penumpang, kami mencatat bahwa pada kenyataannya retakan kelelahan berkembang cukup lambat, dan semua helikopter dilengkapi dengan perangkat yang memberi sinyal kepada pilot tentang munculnya retakan kecil pertama. Dan kemudian bilahnya diganti, terlepas dari kenyataan bahwa bilahnya bisa bekerja selama ratusan jam lagi.

Efek penuaan juga melekat pada paduan sistem Al – Zn – Mg. Sistem ini segera terbukti menjadi pemegang rekor dua kali: pemegang rekor dalam kekuatan - di tahun 20-an, paduan aluminium-seng-magnesium dengan kekuatan 55 ... paduan terner retak, atau bahkan hancur di bawah pengaruh korosi atmosfer, bahkan dalam proses penuaan, tepat di halaman pabrik.

Selama beberapa dekade, para peneliti dari berbagai negara telah mencari peluang untuk meningkatkan ketahanan korosi dari paduan tersebut. Pada akhirnya, sudah di tahun 50-an, paduan aluminium kekuatan tinggi dengan seng dan magnesium muncul, yang memiliki ketahanan korosi yang memuaskan. Diantaranya adalah paduan domestik B95 dan B96. Dalam paduan ini, selain tiga komponen utama, ada juga tembaga, kromium, mangan, zirkonium. Dengan kombinasi unsur-unsur kimia seperti itu, sifat dekomposisi larutan padat lewat jenuh berubah secara signifikan, itulah sebabnya ketahanan korosi paduan meningkat.

Namun, ketika perancang pesawat O.K. Antonov mulai membuat pesawat raksasa "Antey" dan untuk kerangka daya "Antey" diperlukan tempa dan stamping besar, kekuatan yang sama ke segala arah, paduan B95 dan B96 tidak cocok. Dalam paduan untuk Antey, penambahan kecil mangan, zirkonium, dan kromium harus diganti dengan besi. Inilah bagaimana paduan B93 yang terkenal muncul.

Dalam dekade terakhir, persyaratan baru telah muncul. Untuk apa yang disebut pesawat berbadan lebar dalam waktu dekat, dirancang untuk 300 ... 500 penumpang dan 30 ... 50 ribu jam terbang, kriteria utama meningkat - keandalan dan daya tahan. Pesawat berbadan lebar dan airbus akan terdiri dari 70...80% paduan aluminium, yang membutuhkan kekuatan yang sangat tinggi dan ketahanan korosi yang sangat tinggi. Mengapa kekuatan dapat dimengerti, mengapa ketahanan kimia pada tingkat yang lebih rendah, meskipun contoh di atas dengan baling-baling helikopter jelas cukup jelas ...

Konsep struktur yang rusak dengan aman muncul, yang menyatakan: jika retakan muncul dalam suatu struktur, itu harus berkembang perlahan, dan bahkan jika mencapai ukuran yang signifikan, dengan mudah dideteksi, retakan ini, tidak boleh menyebabkan kerusakan pada struktur. struktur secara keseluruhan. Ini berarti bahwa paduan aluminium kekuatan tinggi untuk pesawat tersebut harus memiliki ketangguhan patah yang tinggi, kekuatan sisa yang tinggi jika ada retakan, dan ini hanya mungkin dengan ketahanan korosi yang tinggi.

Semua properti ini digabungkan dengan sempurna dalam paduan aluminium kemurnian tinggi: pengotor besi - sepersepuluh persen, silikon - seperseratus, dan natrium, yang aditif mikronya secara signifikan meningkatkan sifat paduan aluminium-silikon, tidak boleh lebih dari beberapa seperseribu dari satu persen. Dan dasar dari paduan tersebut adalah sistem Al - Zn - Mg - Cu. Penuaan paduan ini dilakukan sedemikian rupa sehingga partikel pengerasan menjadi sedikit lebih besar dari biasanya (penuaan koagulasi). Benar, kekuatan agak hilang dalam kasus ini, dan beberapa bagian harus dibuat lebih tebal, tetapi ini masih merupakan harga yang tak terhindarkan untuk sumber daya dan keandalan. Ironisnya, paduan aluminium dengan seng dan magnesium, yang dulu paling tahan korosi, sains telah berubah menjadi semacam standar ketahanan korosi. Alasan untuk transformasi ajaib ini adalah penambahan tembaga dan rezim penuaan rasional.

Contoh lain dari peningkatan sistem dan paduan yang sudah lama dikenal. Jika kandungan magnesium dalam duralumin klasik sangat terbatas (hingga seperseratus persen), tetapi mangan dipertahankan dan konsentrasi tembaga ditingkatkan, maka paduan tersebut memperoleh kemampuan untuk dilas dengan baik dengan cara meleleh. Struktur yang terbuat dari paduan tersebut bekerja dengan baik dalam kisaran suhu dari nol mutlak hingga +150...200 °C.

Saat ini, beberapa produk teknis harus merasakan panas sedang atau dingin secara bergantian. Bukan kebetulan bahwa tangki hidrogen cair dan oksigen cair dibuat dari paduan seperti itu pada roket Saturnus Amerika yang mengantarkan awak pesawat ruang angkasa Apollo ke Bulan.

Ketika memecahkan masalah duniawi transportasi dan penyimpanan gas cair dengan paduan tiga komponen Al - Cu - Mn, paduan dua komponen yang sangat ringan dari aluminium dengan magnesium - magnalium cukup berhasil bersaing. Magnalia tidak mengeras dengan perlakuan panas. Tergantung pada teknologi manufaktur dan kandungan magnesium, kekuatannya bervariasi dari 8 hingga 38 kg/mm2. Pada suhu hidrogen cair, mereka rapuh, tetapi mereka bekerja cukup berhasil dalam oksigen cair dan gas yang mudah terbakar cair. Area aplikasi mereka sangat luas. Secara khusus, mereka telah membuktikan diri dalam pembuatan kapal: lambung kapal hidrofoil - Roket dan Meteor - terbuat dari magnalium. Mereka juga digunakan dalam desain beberapa rudal.

Dari catatan khusus adalah kemungkinan menggunakan magnal paduan rendah untuk kemasan makanan. Kaleng, bungkus keju, foil rebusan daging, kaleng bir, tutup botol untuk produk susu - ini bukan daftar lengkap aplikasi yang berhubungan dengan makanan dari paduan ini. Segera di negara kita, kaleng aluminium akan diproduksi dalam miliaran keping, dan kemudian definisi Alexander Evgenievich Fersman - "logam kaleng" - akan berpindah dari timah ke aluminium. Tapi kembali ke fase penguatan.

Pada tahun 1965, sekelompok ilmuwan Soviet menemukan efek pengerasan selama penuaan pada paduan sistem Al-Li-Mg. Paduan ini, khususnya paduan 01420, memiliki kekuatan yang sama dengan duralumin, tetapi lebih ringan 12% dan memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi. Dalam desain pesawat, ini memungkinkan untuk mendapatkan 12-14% penambahan berat badan. Selain itu, paduan 01420 dilas dengan baik dan memiliki ketahanan korosi yang tinggi. Untuk paduan sistem ini dan hari ini di seluruh dunia menunjukkan minat yang meningkat.

Pendinginan cepat membentuk kristal

Sebelum memperoleh ingot atau coran berbentuk dari paduan aluminium, logam harus dibersihkan dari gas dan inklusi non-logam padat. Dari gas-gas dalam aluminium cair, sebagian besar hidrogen terlarut. Semakin tinggi suhu lelehan, semakin banyak. Selama pendinginan dan kristalisasi, ia tidak punya waktu untuk menonjol dan tetap berada di dalam logam dalam bentuk pori-pori kecil, dan terkadang cukup besar. Hidrogen membawa banyak masalah: rongga dalam coran berbentuk, gelembung dalam lembaran dan profil, pori-pori dalam pengelasan fusi. Dan hanya dalam satu kasus, hidrogen ternyata sangat berguna - kita berbicara tentang apa yang disebut aluminium busa, mengingatkan pada keju Belanda yang baik (hanya ada lebih banyak pori-pori pada logam seperti itu, dan itu tidak memungkinkan " merobek"). Berat spesifik busa aluminium dapat ditingkatkan menjadi 0,3...0,5 g/cm3. Pori-pori di dalamnya tertutup, dan logam mengapung bebas di air. Ini memiliki konduktivitas panas dan suara yang sangat rendah, dipotong dan disolder. Untuk mendapatkan rekor jumlah rongga, aluminium cair, menurut "resep" Profesor M.B. Altman, terlalu panas dan kemudian masukkan zirkonium atau titanium hidrida ke dalamnya, yang segera terurai, melepaskan hidrogen. Segera, logam, yang mendidih dengan sejumlah besar gelembung, dengan cepat dituangkan ke dalam cetakan.

Tetapi dalam semua kasus lain, mereka mencoba untuk menyingkirkan hidrogen. Cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan meniup lelehan dengan klorin. Gelembung klorin, bergerak melalui aluminium cair, menyerap atom dan gelembung hidrogen kecil, menangkap partikel tersuspensi dan film oksida. Evakuasi aluminium cair memberikan efek yang luar biasa, yang secara meyakinkan ditunjukkan oleh ilmuwan Soviet K.N. Mikhailov.

Semua inklusi non-logam sangat berbahaya ketika logam mengkristal perlahan, oleh karena itu, ketika casting, mereka selalu berusaha untuk meningkatkan laju kristalisasi. Bagian-bagian yang berbentuk tidak dicetak dalam cetakan tanah, tetapi dalam cetakan logam; saat pengecoran ingot, cetakan besi cor diganti dengan cetakan tembaga berpendingin air. Tetapi bahkan dengan penghilangan panas tercepat dari dinding cetakan atau cetakan, setelah kristalisasi lapisan tipis pertama, celah udara muncul antara dinding dan kerak ini. Udara tidak menghantarkan panas dengan baik... Laju pelepasan panas dari logam turun tajam.

Untuk waktu yang lama, semua upaya untuk mempercepat pendinginan dinding secara radikal gagal karena celah udara ini. Pada akhirnya, solusi yang tepat ditemukan, seperti yang sering terjadi dalam teknologi, untuk melakukannya "di sisi lain": alih-alih memerangi kehilangan panas di celah udara, celah itu sendiri dihilangkan. Air pendingin mulai mengairi logam yang mengkristal secara langsung. Maka lahirlah metode pengecoran kontinyu aluminium ingot.

Logam cair dituangkan ke dalam cetakan tembaga atau aluminium dengan tinggi kecil. Sebuah palet dimasukkan ke dalam cetakan, menggantikan bagian bawah yang tetap. Segera setelah pemadatan aluminium dimulai, baki diturunkan secara perlahan - secara bertahap dan pada kecepatan yang sama dengan proses kristalisasi. Dan logam cair terus ditambahkan dari atas.

Prosesnya dikontrol sehingga lubang aluminium cair sebagian besar berada di bawah tepi cetakan, di mana air disuplai langsung ke ingot pemadatan.

Pengembangan pengecoran terus menerus dari ingot dari paduan aluminium terjadi selama tahun-tahun sulit perang. Tetapi pada tahun 1945, tidak ada satu pun cetakan untuk aluminium ingot yang tersisa di pabrik metalurgi kami. Kualitas logam cor telah ditingkatkan secara radikal. Peran besar dalam pengembangan pengecoran aluminium kontinu milik A.F. Belov, V.A. Livanov, S.M. Voronov dan V.I. Dobatkin. Omong-omong, metode pengecoran baja kontinu dalam metalurgi besi, yang pengembangannya dimulai pada tahun-tahun berikutnya, banyak dipengaruhi oleh keberhasilan pengembangan pengecoran aluminium yang berkelanjutan.

Nanti F.I. Kvasov, 3.N. Getselev dan G.A. Balakhontsev mengajukan ide orisinal yang memungkinkan untuk mengkristalkan aluminium ingot multi-ton tanpa cetakan sama sekali. Selama proses kristalisasi, logam cair ditahan dalam suspensi oleh medan elektromagnetik.

Tak kalah cerdasnya adalah V.G. Golovkin, metode berkelanjutan untuk produksi kawat aluminium cor dengan diameter hingga 9 mm. Semburan logam cair terus menerus mengalir keluar dari lubang horizontal di tungku. Tepat di outlet, air pendingin disuplai ke logam, dan segera aliran yang ditolak sebagian diambil oleh roller dan ditarik lebih jauh. Permukaan kawat seperti itu ternyata halus dan berkilau, kekuatannya tidak kalah dengan kawat yang ditarik dingin. Dan kebutuhan akan itu sangat besar. Siapa pun yang pernah menerbangkan pesawat pasti pernah melihat deretan paku keling yang tak ada habisnya di sayap dan badan pesawat. Tetapi, tampaknya, tidak semua orang tahu bahwa jumlah paku keling ini pada pesawat tempur masa perang mencapai 100 ... 200 ribu keping, dan pada pembom - bahkan hingga satu juta ...

Berbicara tentang fase pengerasan, kami menekankan bahwa itu adalah hasil dari pelarutan logam yang sesuai dalam aluminium dan interaksi kimia dengannya. Ini adalah inklusi yang sangat berguna. Dengan inklusi oksida, perjuangan keras kepala sedang dilakukan di semua tahap produksi. Tetapi begitulah dialektika sifat-sifat suatu zat: inklusi oksida yang tidak larut dalam aluminium dan berbahaya baginya benar-benar mengubah kualitasnya segera setelah diubah menjadi film tertipis.

SAP dan SAS

Jika aluminium cair disemprotkan, partikel yang lebih atau kurang bulat diperoleh, sepenuhnya ditutupi dengan lapisan tipis oksida. Partikel-partikel ini (mereka disebut pulverizate) digiling di ball mill. "Kue" tertipis dengan ketebalan 0,1 mikron diperoleh. Jika bubuk seperti itu sebelumnya tidak teroksidasi, maka setelah kontak dengan udara, bubuk itu akan langsung meledak - oksidasi hebat akan terjadi. Oleh karena itu, atmosfer inert dengan kandungan oksigen terkontrol dibuat di pabrik, dan proses oksidasi bubuk berlangsung secara bertahap.

Pada tahap pertama penggilingan, kerapatan curah bubuk menurun menjadi 0,2 g/cm3, kandungan aluminium oksida secara bertahap meningkat menjadi 4...8%. Penggilingan berlanjut, partikel-partikel kecil lebih rapat, tidak saling menempel, karena lemak ditambahkan secara khusus ke bubuk, dan kerapatan bahan meningkat menjadi 0,8 g/cm3. Oksidasi terjadi cukup intensif, dan kandungan aluminium oksida mencapai 9...14%. Secara bertahap, lemak menghilang hampir sepenuhnya, dan partikel teroksidasi terkecil "keling", bergabung menjadi konglomerat yang lebih besar.

Bubuk "berat" seperti itu (mengandung hingga 20 ... 25% oksida) tidak lagi terbang seperti bulu, dapat dengan aman dituangkan ke dalam gelas. Kemudian serbuk dibriket di press pada tekanan 30...60 kg/mm2 dan pada suhu 550...650ºС. Setelah itu, material memperoleh kilau logam, ia memiliki kekuatan, konduktivitas listrik dan termal yang relatif tinggi. Briket dapat ditekan, digulung, ditempa pipa, lembaran, batang dan produk lainnya. Semua produk setengah jadi ini disebut SAP - setelah huruf pertama dari kata "bubuk aluminium sinter".

Semakin kecil jarak antar partikel, semakin kuat SAP. Karena kenyataan bahwa sifat formasi dispersi dalam paduan aluminium penuaan konvensional dan SAP berbeda, bahan-bahan ini juga sangat berbeda dalam sifat-sifatnya. SAP mempertahankan kekuatan tinggi hingga 500...600 °C, dan semua paduan aluminium pada suhu ini berubah menjadi semi-cair atau kental. Ribuan jam pada suhu hingga 500 ° C umumnya memiliki sedikit efek pada kekuatan SAP, karena interaksi partikel oksida dan matriks aluminium berubah sedikit setelah pemanasan. Paduan aluminium, di sisi lain, benar-benar kehilangan kekuatannya selama pengujian semacam itu.

SAP tidak perlu dikeraskan, dalam hal ketahanan korosi, mendekati aluminium murni. Dalam hal konduktivitas listrik dan termal, bahan ini lebih dekat dengan aluminium murni daripada paduan penuaan dengan kekuatan yang sama. Ciri khas SAP adalah adsorpsi sejumlah besar uap air oleh permukaan bercabang dari partikel teroksidasi.

Oleh karena itu, SAP harus dihilangkan gasnya dengan baik dalam ruang hampa dengan memanaskan material hingga titik leleh aluminium. Piston mesin yang beroperasi pada suhu hingga 400 dan bahkan 450 °C terbuat dari SAP; bahan ini menjanjikan untuk pembuatan kapal dan teknik kimia.

Menyelesaikan cerita tentang penggunaan aluminium sebagai bahan struktural, perlu disebutkan paduannya yang disinter dengan silikon, nikel, besi, kromium, zirkonium. Mereka disebut CAC - setelah huruf pertama dari kata "paduan aluminium sinter". Paduan memiliki koefisien ekspansi linier yang rendah, dan ini memungkinkannya untuk digunakan dalam kombinasi dengan baja dalam mekanisme dan perangkat. Aluminium biasa, di sisi lain, memiliki koefisien ekspansi linier sekitar dua kali lipat dari baja, dan ini menyebabkan tegangan besar, distorsi dimensi, dan kegagalan kekuatan.

Tentu saja, lebih banyak yang bisa dikatakan tentang elemen No. 13 daripada tentang logam aluminium. "Biografi" elemen No. 13 dikaitkan dengan nasib banyak masalah dan penemuan ilmiah, berbagai proses dan produk - cat, bahan polimer, katalis, dan banyak lainnya. Namun tidak salah jika kita menegaskan bahwa logam aluminium lebih penting dalam teknologi modern, dalam kehidupan modern daripada gabungan semua senyawa aluminium.

Bukan hanya legenda

Dalam banyak buku populer tentang kimia dan metalurgi, ada cerita bahwa aluminium diduga dikenal di zaman kuno. Seorang penemu tertentu (namanya tetap tidak diketahui) membawa ke salah satu penguasa mangkuk yang terbuat dari logam - sangat ringan, tetapi secara lahiriah mirip dengan perak. Kisah itu berakhir dengan air mata: penemunya dieksekusi karena tuannya takut logam baru itu akan mendevaluasi peraknya.

Kemungkinan besar, cerita ini tidak lebih dari dongeng yang indah. Tetapi beberapa senyawa aluminium digunakan oleh orang-orang di zaman kuno. Dan tidak hanya tanah liat, yang berbasis Al2O3. "Sejarah Alam" Pliny the Elder menyebutkan bahwa tawas (formulanya adalah KAl(SO4)2 12H2O) digunakan sebagai mordan saat mewarnai kain pada pergantian era lama dan baru. Pada awal zaman kita, komandan Romawi Archelaus, selama perang dengan Persia, memerintahkan untuk melapisi menara kayu dengan tawas. Akibatnya, pohon itu tahan api, dan Persia tidak dapat membakar benteng Romawi.

aluminotermi

Pada tahun 1865, ahli kimia Rusia yang terkenal N.N. Beketov menemukan metode pemulihan logam menggunakan aluminium, yang disebut aluminotermi. Inti dari metode ini adalah ketika campuran oksida dari banyak logam dengan unsur aluminium dinyalakan, logam-logam ini direduksi. Jika oksida diambil secara berlebihan, maka logam yang dihasilkan akan hampir bebas dari campuran unsur No. 13. Metode ini sekarang banyak digunakan dalam produksi kromium, vanadium, dan mangan.

Kriolit sintetis

Kriolit diperlukan untuk mendapatkan aluminium dengan elektrolisis. Mineral ini, yang terlihat seperti es, dapat secara signifikan menurunkan titik leleh alumina, bahan baku untuk produksi aluminium. Komposisi kriolit adalah 3NaF AlF3. Satu-satunya deposit besar mineral ini hampir habis, dan dapat dikatakan bahwa industri aluminium dunia sekarang sedang mengerjakan kriolit sintetis. Di negara kami, upaya pertama untuk mendapatkan kriolit buatan dilakukan pada awal tahun 1924. Pada tahun 1933, pabrik kriolit pertama dioperasikan di dekat Sverdlovsk. Ada dua cara utama untuk memproduksi mineral ini - asam dan basa, yang pertama digunakan lebih luas. Dalam hal ini, CaF2 fluorspar berfungsi sebagai bahan baku, yang diolah dengan asam sulfat dan diperoleh hidrogen fluorida. Dilarutkan dalam air, itu diubah menjadi asam fluorida, yang bereaksi dengan aluminium hidroksida. Asam fluoroaluminium H3AlF6 yang diperoleh dipusatkan dengan soda. Kriolit, yang sedikit larut dalam air, mengendap.

Katalis Pertama

Selama bertahun-tahun sekarang, pembicaraan tentang katalis K. Ziegler dan D. Natta, senyawa organoelemen yang telah merevolusi produksi banyak bahan polimer, terutama karet sintetis, belum berhenti. Polimer yang diperoleh dengan bantuan katalis tersebut dibedakan oleh struktur yang sangat jelas dan, oleh karena itu, oleh sifat fisikokimia terbaik. Senyawa organoaluminium adalah katalis pertama untuk polimerisasi stereospesifik.

Dan itu semua aluminium oksida!

Aluminium telah lama berhenti menjadi logam mulia, tetapi beberapa senyawanya masih tetap menjadi batu mulia. Kristal tunggal aluminium oksida dengan sedikit tambahan pewarna oksida - ini adalah ruby ​​​​merah cerah dan safir biru bersinar - batu mulia dari urutan pertama - tertinggi. Warna diberikan kepada mereka: safir - ion besi dan titanium, rubi - kromium. Kristal alumina murni tidak berwarna dan disebut korundum. Aluminium juga ditemukan di turmalin, leukosapphire tidak berwarna, "topaz oriental" kuning dan banyak batu berharga lainnya. Korundum buatan, safir, dan ruby ​​​​diproduksi dalam skala pabrik, batu-batu ini dibutuhkan tidak hanya oleh perhiasan, tetapi juga oleh banyak cabang teknologi modern. Cukuplah untuk mengingat laser rubi, jam "di atas lima belas batu", ampelas, yang sebagian besar terbuat dari korundum yang diperoleh dalam tungku listrik, dan jendela safir Tokamak, salah satu instalasi pertama untuk mempelajari proses termonuklir.

Hanya satu isotop

Aluminium alami hanya terdiri dari satu "jenis" atom - sebuah isotop dengan nomor massa 27. Beberapa isotop radioaktif buatan dari elemen No. 13 diketahui, kebanyakan berumur pendek dan hanya satu - aluminium-26 memiliki setengahnya. -hidup sekitar satu juta tahun.

aluminat

Aluminat adalah garam dari asam orthoaluminum H3AlO3 dan metaaluminium HAlO2. Di antara aluminat alami adalah spinel mulia dan chrysoberyl berharga. Natrium aluminat NaAlO2, terbentuk selama produksi alumina, digunakan dalam industri tekstil sebagai mordan. Baru-baru ini, aluminat dari elemen tanah jarang, yang dibedakan oleh refraktori tinggi dan karakteristik, dalam banyak kasus, warna yang indah, juga telah memperoleh kepentingan praktis. Lantanum dan samarium aluminat berwarna krem, europium, gadolinium, dan disprosium berwarna merah muda, neodimium berwarna ungu, dan praseodymium berwarna kuning. Bahan-bahan ini dianggap menjanjikan dalam produksi keramik khusus dan kacamata optik, serta dalam rekayasa tenaga nuklir: beberapa elemen tanah jarang dibedakan oleh kemampuan yang sangat tinggi untuk menangkap neutron termal. Lebih lanjut tentang ini dalam cerita tentang lantanida.

guru tentang murid

“... Saya percaya bahwa saya telah membuat penemuan: saya menemukan seseorang. Pada tahun 1880, tak lama setelah saya kembali dari Jepang, tempat saya mengajar kimia selama empat tahun, saya melihat seorang anak laki-laki berusia enam belas tahun. Pemuda ini datang ke laboratorium untuk membeli tabung gelas, tabung reaksi, atau semacamnya dengan harga beberapa sen. Saya tidak tahu apa-apa tentang anak ini, tetapi saya sering berpikir bahwa mungkin dia akan menjadi seorang ilmuwan, karena dia melakukan penelitian di tahun-tahun ketika remaja lain menghabiskan waktu mereka hanya untuk permainan dan hiburan. Remaja ini adalah Charles M. Hall, pria yang pada usia 23 tahun menemukan metode untuk memisahkan aluminium dari bijih.

Charles masuk perguruan tinggi, dan setelah dia lulus sebagian dari mata kuliah yang diwajibkan, saya membawanya ke laboratorium saya. Suatu kali, ketika berbicara dengan para siswa, saya berkata: "Penemu yang berhasil mengembangkan metode murah untuk mendapatkan aluminium dan menjadikan aluminium sebagai logam konsumsi massal akan melakukan jasa besar bagi umat manusia dan pantas mendapatkan ketenaran sebagai ilmuwan yang luar biasa."

Saya mendengar Charles menoleh ke salah satu teman sekelasnya dan berkata, "Saya akan mengurus logam ini." Dan dia mulai bekerja. Dia mencoba banyak metode, semuanya tidak berhasil. Akhirnya, Hall memilih elektrolisis. Saya memberinya perangkat dan baterai lama yang tidak perlu. Anda yang pernah melihat baterai listrik akan menertawakan apa yang dapat dibuat Hall dari berbagai cangkir dengan gumpalan batu bara. Tapi kami mendapatkan arus yang kami butuhkan.

Tak lama kemudian, Hall lulus dari perguruan tinggi dan mengambil alih fasilitas tersebut. Dia mendirikan laboratoriumnya di hutan tidak jauh dari rumahnya, terus bereksperimen dan sering bercerita tentang hasilnya.

Itu perlu untuk menemukan pelarut untuk alumina, bahan baku aluminium utama. Dan setelah enam bulan, Hall menemukan bahwa oksida sangat larut dalam lelehan natrium fluorida aluminat 3NaF · AlF3.

Suatu pagi Hall berlari ke arah saya dengan seruan gembira: "Profesor, saya mengerti!" Di atas tangan yang terulur terbentang dua belas bola kecil aluminium, aluminium pertama yang diproduksi dengan elektrolisis. Ini terjadi pada 23 Februari 1886."

Ini adalah kisah Profesor Yvette, dicetak ulang oleh kami dari koleksi "Flash of a Genius", yang disusun dari sumber-sumber primer oleh ilmuwan Amerika A. Garrett.

Aluminium dalam bahan bakar roket

Ketika aluminium terbakar dalam oksigen dan fluor, banyak panas dilepaskan. Oleh karena itu, digunakan sebagai aditif untuk bahan bakar roket. Roket Saturnus membakar 36 ton bubuk aluminium selama penerbangannya. Ide penggunaan logam sebagai komponen bahan bakar roket pertama kali diungkapkan oleh F.A. Zander.

Kesimpulan

Diketahui bahwa dalam elemen p, sublevel p dari level elektronik terluar diisi dengan elektron, yang dapat berisi satu hingga enam elektron.

Ada 30 elemen p dalam sistem periodik. Elemen-p ini, atau rekan p-elektroniknya, membentuk subgrup IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, dan VI IIA. Struktur tingkat elektronik terluar atom unsur-unsur subkelompok ini berkembang sebagai berikut: ns2p1, ns2p2, ns2p3, ns2p4, ns2p5 dan ns2p6.

Secara keseluruhan, dalam elemen-p, kecuali aluminium, aktivitas pereduksi diekspresikan secara relatif lemah. Sebaliknya, ketika bergerak dari subkelompok IIIA-ke VIIA, peningkatan aktivitas oksidatif atom netral diamati, nilai afinitas elektron dan energi ionisasi meningkat, dan elektronegativitas elemen p meningkat.

Dalam atom unsur-p, tidak hanya elektron-p yang bervalensi, tetapi juga elektron-s tingkat terluar. Bilangan oksidasi positif tertinggi dari analog p-elektronik sama dengan jumlah kelompok di mana mereka berada.

Buku Bekas

1. Akhmetov N.S., Kimia umum dan anorganik. - M.: Sekolah Tinggi, 1989

2. Cotton F., Wilkinson J., Dasar-dasar kimia anorganik. - M.: Mir, 1979

3. Nekrasov B.V., Buku Teks Kimia Umum. - M.: Kimia, 1981

4. S. I. Venetsky “Cerita tentang logam”, Moskow, ed. Metalurgi 1986

5. Yu. V. Khodakov, V. L. Vasilevsky "Logam", Moskow, ed. Pencerahan 1966

6. A. V. Suvorov, A. B. Nikolsky “Kimia Umum”, St. Petersburg ed. Kimia 1995

Rencana:

pengantar

Sifat fisik Al

Sifat kimia Al

Mendapatkan dan menggunakan Al

Aluminium oksida Al 2 HAI 3

Aluminium hidroksida Al(OH)3

garam aluminium

Senyawa biner aluminium

Minat, minat...

Apa dia - Al

Tentang manfaat fase penuaan dan penguatan

Pendinginan cepat membentuk kristal

SAP dan SAS

Bukan hanya legenda

aluminotermi

Kriolit sintetis

Katalis Pertama

Dan itu semua aluminium oksida!

Hanya satu isotop

aluminat

guru tentang murid

Aluminium dalam bahan bakar roket

Kesimpulan

literatur

Akademi Pertanian Negara Ulyanovsk

Departemen Kimia

Diperiksa oleh: Nuretdinova R.A.

Abstrak

"Aluminium"

Dilakukan oleh seorang siswaSayakursus

2b kelompok fakultas

kedokteran hewan

Penemuan aluminium yang terdokumentasi terjadi pada tahun 1825. Fisikawan Denmark Hans Christian Oersted pertama kali memperoleh logam ini ketika ia mengisolasinya dengan aksi kalium amalgam pada aluminium klorida anhidrat (diperoleh dengan melewatkan klorin melalui campuran panas aluminium oksida dan batu bara). Setelah mengusir merkuri, Oersted memperoleh aluminium, bagaimanapun, terkontaminasi dengan kotoran. Pada tahun 1827, kimiawan Jerman Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi kalium heksafluoroaluminat. Metode modern untuk memproduksi aluminium ditemukan pada tahun 1886 oleh seorang peneliti muda Amerika, Charles Martin Hall. (Dari tahun 1855 hingga 1890, hanya 200 ton aluminium yang diperoleh, dan selama dekade berikutnya, 28.000 ton logam ini diperoleh di seluruh dunia menggunakan metode Hall.) Aluminium dengan kemurnian lebih dari 99,99% pertama kali diperoleh dengan elektrolisis pada tahun 1920. Pada tahun 1925, Edwards menerbitkan beberapa informasi tentang sifat fisik dan mekanik aluminium tersebut. Pada tahun 1938 Taylor, Willey, Smith, dan Edwards menerbitkan sebuah artikel yang memberikan beberapa sifat dari 99,996% aluminium murni, juga diperoleh di Prancis dengan elektrolisis. Edisi pertama monografi tentang sifat-sifat aluminium diterbitkan pada tahun 1967. Sampai saat ini, diyakini bahwa aluminium, sebagai logam yang sangat aktif, tidak dapat terjadi di alam dalam keadaan bebas, tetapi pada tahun 1978. di bebatuan platform Siberia, aluminium asli ditemukan - dalam bentuk kumis dengan panjang hanya 0,5 mm (dengan ketebalan benang beberapa mikrometer). Aluminium asli juga ditemukan di tanah bulan yang dikirim ke Bumi dari wilayah Laut Krisis dan Kelimpahan.

Bahan bangunan aluminium

Ada banyak aluminium di kerak bumi: 8,6% berat. Ini menempati urutan pertama di antara semua logam dan ketiga di antara unsur-unsur lain (setelah oksigen dan silikon). Ada dua kali lebih banyak aluminium daripada besi dan 350 kali lebih banyak daripada tembaga, seng, kromium, timah, dan timah jika digabungkan! Seperti yang dia tulis lebih dari 100 tahun yang lalu dalam buku teks klasiknya Dasar-dasar Kimia D.I. Mendeleev, dari semua logam, “aluminium adalah yang paling umum di alam; cukup untuk menunjukkan bahwa itu adalah bagian dari tanah liat, sehingga distribusi umum aluminium di kerak bumi jelas. Aluminium, atau logam tawas (alumen), oleh karena itu disebut tanah liat, yang ditemukan di tanah liat.

Mineral aluminium yang paling penting adalah bauksit, campuran oksida basa AlO(OH) dan hidroksida Al(OH) 3 . Deposit bauksit terbesar ada di Australia, Brasil, Guinea, dan Jamaika; produksi industri juga dilakukan di negara lain. Alunite (batu tawas) (Na, K) 2 SO 4 Al 2 (SO 4) 3 4Al (OH) 3, nepheline (Na, K) 2 O Al 2 O 3 2SiO 2 juga kaya akan aluminium. Secara total, lebih dari 250 mineral diketahui, termasuk aluminium; kebanyakan dari mereka adalah aluminosilikat, dari mana kerak bumi terutama terbentuk. Ketika dilapukkan, terbentuklah lempung yang dasarnya adalah mineral kaolinit Al 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O. Pengotor besi biasanya mewarnai lempung menjadi coklat, tetapi ada juga lempung putih - kaolin, yang digunakan untuk membuat porselen dan produk faience.

Kadang-kadang, korundum mineral yang sangat keras (kedua setelah intan) ditemukan - kristal oksida Al 2 O 3, sering diwarnai dengan pengotor dalam berbagai warna. Varietas birunya (campuran titanium dan besi) disebut safir, yang merah (campuran kromium) disebut ruby. Berbagai kotoran dapat mewarnai apa yang disebut korundum mulia juga dalam warna hijau, kuning, oranye, ungu dan warna dan corak lainnya.

Sampai saat ini, diyakini bahwa aluminium, sebagai logam yang sangat aktif, tidak dapat terjadi di alam dalam keadaan bebas, namun, pada tahun 1978, aluminium asli ditemukan di bebatuan Platform Siberia - dalam bentuk kumis dengan panjang hanya 0,5 mm. (dengan ketebalan benang beberapa mikrometer). Aluminium asli juga ditemukan di tanah bulan yang dikirim ke Bumi dari wilayah Laut Krisis dan Kelimpahan. Diasumsikan bahwa logam aluminium dapat dibentuk dengan kondensasi dari gas. Diketahui bahwa ketika aluminium halida - klorida, bromida, fluorida - dipanaskan, mereka dapat menguap dengan mudah (misalnya, AlCl 3 sudah menyublim pada 180 ° C). Dengan peningkatan suhu yang kuat, aluminium halida terurai, beralih ke keadaan dengan valensi logam yang lebih rendah, misalnya, AlCl. Ketika senyawa seperti itu mengembun dengan penurunan suhu dan tidak adanya oksigen, reaksi disproporsionasi terjadi dalam fase padat: beberapa atom aluminium dioksidasi dan masuk ke keadaan trivalen biasa, dan beberapa direduksi. Aluminium monovalen dapat direduksi hanya menjadi logam: 3AlCl ® 2Al + AlCl 3 . Asumsi ini juga didukung oleh bentuk filamen kristal aluminium asli. Biasanya, kristal struktur ini terbentuk karena pertumbuhan yang cepat dari fase gas. Mungkin, nugget aluminium mikroskopis di tanah bulan terbentuk dengan cara yang sama.

Nama aluminium berasal dari bahasa latin alumen (genus case aluminis). Disebut tawas, ganda kalium-aluminium sulfat KAl (SO 4) 2 12H 2 O), yang digunakan sebagai mordan saat mewarnai kain. Nama Latin, mungkin, kembali ke bahasa Yunani "halme" - air garam, larutan garam. Sangat mengherankan bahwa di Inggris aluminium adalah aluminium, dan di AS aluminium adalah aluminium.

Dalam banyak buku populer tentang kimia, ada legenda bahwa seorang penemu tertentu, yang namanya tidak dilestarikan, membawa ke kaisar Tiberius, yang memerintah Roma pada 14-27 M, sebuah mangkuk yang terbuat dari logam yang menyerupai warna perak, tetapi lebih ringan. Hadiah ini membuat tuannya kehilangan nyawanya: Tiberius memerintahkan untuk mengeksekusinya dan menghancurkan bengkel, karena dia takut logam baru itu dapat mendevaluasi perak di perbendaharaan kekaisaran.

Legenda ini didasarkan pada sebuah cerita oleh Pliny the Elder, seorang penulis dan sarjana Romawi, penulis sejarah alam- ensiklopedia pengetahuan ilmu alam zaman kuno. Menurut Pliny, logam baru itu diperoleh dari "tanah liat". Tapi tanah liat memang mengandung aluminium.

Penulis modern hampir selalu membuat reservasi bahwa keseluruhan cerita ini tidak lebih dari dongeng yang indah. Dan ini tidak mengherankan: aluminium dalam batuan sangat terikat kuat dengan oksigen, dan dibutuhkan banyak energi untuk melepaskannya. Baru-baru ini, bagaimanapun, data baru telah muncul tentang kemungkinan mendasar untuk memperoleh aluminium logam di zaman kuno. Seperti yang ditunjukkan oleh analisis spektral, dekorasi pada makam komandan Tiongkok Zhou-Zhu, yang meninggal pada awal abad ke-3. AD, terbuat dari paduan yang 85% aluminium. Bisakah orang dahulu mendapatkan aluminium gratis? Semua metode yang diketahui (elektrolisis, reduksi dengan logam natrium atau kalium) secara otomatis dihilangkan. Bisakah aluminium asli ditemukan di zaman kuno, seperti, misalnya, bongkahan emas, perak, tembaga? Ini juga dikecualikan: aluminium asli adalah mineral paling langka yang terjadi dalam jumlah yang dapat diabaikan, sehingga para master kuno tidak dapat menemukan dan mengumpulkan nugget tersebut dalam jumlah yang tepat.

Namun, penjelasan lain tentang cerita Pliny juga dimungkinkan. Aluminium dapat diperoleh kembali dari bijih tidak hanya dengan bantuan listrik dan logam alkali. Ada zat pereduksi yang tersedia dan banyak digunakan sejak zaman kuno - ini adalah batu bara, yang dengannya oksida banyak logam direduksi menjadi logam bebas saat dipanaskan. Pada akhir 1970-an, ahli kimia Jerman memutuskan untuk menguji apakah aluminium dapat dibuat di zaman kuno dengan reduksi dengan batu bara. Mereka memanaskan campuran tanah liat dengan bubuk batubara dan garam biasa atau kalium (kalium karbonat) dalam wadah tanah liat sampai panas merah. Garam diperoleh dari air laut, dan kalium dari abu tanaman, untuk menggunakan hanya zat dan metode yang tersedia di zaman kuno. Setelah beberapa waktu, terak dengan bola aluminium mengapung di permukaan wadah! Keluaran logam itu kecil, tetapi mungkin dengan cara inilah para ahli metalurgi kuno dapat memperoleh "logam abad ke-20".

sifat aluminium.

Warna aluminium murni menyerupai perak, itu adalah logam yang sangat ringan: kerapatannya hanya 2,7 g / cm 3. Lebih ringan dari aluminium hanya logam alkali dan alkali tanah (kecuali barium), berilium dan magnesium. Aluminium juga mudah meleleh - pada 600 ° C (kawat aluminium tipis dapat dilebur di atas kompor dapur biasa), tetapi hanya mendidih pada 2452 ° C. Dalam hal konduktivitas listrik, aluminium berada di tempat ke-4, kedua setelah perak (di tempat pertama), tembaga dan emas, yang, mengingat murahnya aluminium, sangat penting secara praktis. Konduktivitas termal logam berubah dalam urutan yang sama. Sangat mudah untuk memverifikasi konduktivitas termal yang tinggi dari aluminium dengan mencelupkan sendok aluminium ke dalam teh panas. Dan satu lagi sifat luar biasa dari logam ini: permukaannya yang halus dan berkilau memantulkan cahaya dengan sempurna: dari 80 hingga 93% di wilayah spektrum yang terlihat, tergantung pada panjang gelombang. Di wilayah ultraviolet, aluminium tidak ada bandingannya dalam hal ini, dan hanya di wilayah merah itu sedikit lebih rendah daripada perak (di ultraviolet, perak memiliki reflektifitas yang sangat rendah).

Aluminium murni adalah logam yang agak lunak - hampir tiga kali lebih lembut daripada tembaga, sehingga pelat dan batang aluminium yang relatif tebal pun mudah ditekuk, tetapi ketika aluminium membentuk paduan (ada banyak sekali), kekerasannya dapat meningkat sepuluh kali lipat.

Keadaan oksidasi karakteristik aluminium adalah +3, tetapi karena adanya 3 . yang tidak terisi R- dan 3 d-orbital atom aluminium dapat membentuk ikatan donor-akseptor tambahan. Oleh karena itu, ion Al 3+ dengan radius kecil sangat rentan terhadap pembentukan kompleks, membentuk berbagai kompleks kationik dan anionik: AlCl 4 – , AlF 6 3– , 3+ , Al(OH) 4 – , Al(OH) 6 3 – , AlH 4 – dan banyak lainnya. Kompleks dengan senyawa organik juga dikenal.

Aktivitas kimia aluminium sangat tinggi; dalam rangkaian potensial elektroda, ia berada tepat di belakang magnesium. Sepintas, pernyataan seperti itu mungkin tampak aneh: bagaimanapun, panci atau sendok aluminium cukup stabil di udara, dan tidak runtuh dalam air mendidih. Aluminium, tidak seperti besi, tidak berkarat. Ternyata di udara logam ditutupi dengan "baju besi" oksida yang tidak berwarna, tipis, tetapi kuat, yang melindungi logam dari oksidasi. Jadi, jika kawat aluminium tebal atau pelat setebal 0,5-1 mm dimasukkan ke dalam api pembakar, logam meleleh, tetapi aluminium tidak mengalir, karena tetap berada dalam kantong oksidanya. Jika Anda menghilangkan aluminium dari film pelindung atau membuatnya longgar (misalnya, dengan merendam dalam larutan garam merkuri), aluminium akan segera menunjukkan esensi aslinya: sudah pada suhu kamar ia akan mulai bereaksi keras dengan air dengan evolusi hidrogen: 2Al + 6H 2 O ® 2Al (OH) 3 + 3H 2 . Di udara, aluminium tanpa lapisan pelindung berubah menjadi bubuk oksida lepas tepat di depan mata kita: 2Al + 3O 2 ® 2Al 2 O 3. Aluminium sangat aktif dalam keadaan terbagi halus; debu aluminium, ketika ditiup ke dalam api, langsung terbakar. Jika Anda mencampur debu aluminium dengan natrium peroksida di atas piring keramik dan menjatuhkan air di atas campuran tersebut, aluminium juga menyala dan terbakar dengan nyala api putih.

Afinitas aluminium yang sangat tinggi untuk oksigen memungkinkannya untuk "mengambil" oksigen dari oksida sejumlah logam lain, memulihkannya (metode aluminotermi). Contoh yang paling terkenal adalah campuran termit, selama pembakaran begitu banyak panas dilepaskan sehingga besi yang dihasilkan meleleh: 8Al + 3Fe 3 O 4 ® 4Al 2 O 3 + 9Fe. Reaksi ini ditemukan pada tahun 1856 oleh N.N. Beketov. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk mengembalikan logam Fe 2 O 3 , CoO, NiO, MoO 3 , V 2 O 5 , SnO 2 , CuO, dan sejumlah oksida lainnya. Ketika mereduksi Cr 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , B 2 O 3 dengan aluminium, panas reaksi tidak cukup untuk memanaskan produk reaksi di atas titik lelehnya.

Aluminium mudah larut dalam asam mineral encer untuk membentuk garam. Asam nitrat pekat, dengan mengoksidasi permukaan aluminium, berkontribusi pada penebalan dan pengerasan film oksida (yang disebut pasivasi logam). Aluminium yang diperlakukan dengan cara ini tidak bereaksi bahkan dengan asam klorida. Menggunakan oksidasi anodik elektrokimia (anodizing) pada permukaan aluminium, Anda dapat membuat film tebal yang dapat dengan mudah dicat dengan warna berbeda.

Perpindahan logam yang kurang aktif dari larutan garam oleh aluminium sering terhalang oleh lapisan pelindung pada permukaan aluminium. Film ini dengan cepat dihancurkan oleh tembaga klorida, sehingga reaksi 3CuCl 2 + 2Al ® 2AlCl 3 + 3Cu berlangsung dengan mudah, yang disertai dengan pemanasan yang kuat. Dalam larutan alkali yang kuat, aluminium mudah larut dengan pelepasan hidrogen: 2Al + 6NaOH + 6H 2 O ® 2Na 3 + 3H 2 (kompleks hidrokso anionik lainnya juga terbentuk). Sifat amfoter dari senyawa aluminium juga dimanifestasikan dalam pelarutan yang mudah dari oksida dan hidroksida yang baru diendapkan dalam alkali. Kristal oksida (korundum) sangat tahan terhadap asam dan basa. Ketika menyatu dengan alkali, aluminat anhidrat terbentuk: Al 2 O 3 + 2NaOH ® 2NaAlO 2 + H 2 O. Magnesium aluminat Mg (AlO 2) 2 adalah batu spinel semi mulia, biasanya diwarnai dengan kotoran dalam berbagai warna .

Aluminium bereaksi hebat dengan halogen. Jika kawat aluminium tipis dimasukkan ke dalam tabung reaksi dengan 1 ml brom, maka setelah beberapa saat aluminium menyala dan terbakar dengan nyala api yang terang. Reaksi campuran bubuk aluminium dan yodium dimulai dengan setetes air (air dengan yodium membentuk asam yang menghancurkan film oksida), setelah itu nyala terang muncul dengan klub uap yodium ungu. Aluminium halida dalam larutan berair bersifat asam karena hidrolisis: AlCl 3 + H 2 O Al(OH)Cl 2 + HCl.

Reaksi aluminium dengan nitrogen hanya terjadi di atas 800 ° C dengan pembentukan AlN nitrida, dengan belerang pada 200 ° C (terbentuk Al 2 S 3 sulfida), dengan fosfor pada 500 ° C (terbentuk AlP fosfida). Ketika boron dimasukkan ke dalam aluminium cair, borida dari komposisi AlB 2 dan AlB 12 terbentuk - senyawa tahan api yang tahan terhadap asam. Hidrida (AlH) x (x = 1,2) hanya terbentuk dalam ruang hampa pada suhu rendah dalam reaksi atom hidrogen dengan uap aluminium. AlH 3 hidrida, yang stabil tanpa kelembaban pada suhu kamar, diperoleh dalam larutan eter anhidrat: AlCl 3 + LiH ® AlH 3 + 3LiCl. Dengan kelebihan LiH, terbentuk garam seperti lithium aluminium hidrida LiAlH 4 - zat pereduksi yang sangat kuat yang digunakan dalam sintesis organik. Ini langsung terurai dengan air: LiAlH 4 + 4H 2 O ® LiOH + Al (OH) 3 + 4H 2.

Mendapatkan aluminium.

Penemuan aluminium yang terdokumentasi terjadi pada tahun 1825. Fisikawan Denmark Hans Christian Oersted pertama kali memperoleh logam ini ketika ia mengisolasinya dengan aksi kalium amalgam pada aluminium klorida anhidrat (diperoleh dengan melewatkan klorin melalui campuran panas aluminium oksida dan batu bara). Setelah mengusir merkuri, Oersted memperoleh aluminium, bagaimanapun, terkontaminasi dengan kotoran. Pada tahun 1827, kimiawan Jerman Friedrich Wöhler memperoleh aluminium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi kalium heksafluoroaluminat:

Na 3 AlF 6 + 3K ® Al + 3NaF + 3KF. Belakangan, ia berhasil mendapatkan aluminium dalam bentuk bola logam yang mengkilat. Pada tahun 1854, ahli kimia Prancis Henri Etienne Saint-Clair Deville mengembangkan metode industri pertama untuk memproduksi aluminium - dengan mengurangi lelehan natrium tetrakloroaluminat: NaAlCl 4 + 3Na ® Al + 4NaCl. Namun, aluminium terus menjadi logam yang sangat langka dan mahal; harganya tidak jauh lebih murah dari emas dan 1500 kali lebih mahal dari besi (sekarang hanya tiga kali lipat). Dari emas, aluminium, dan batu mulia, sebuah mainan dibuat pada tahun 1850-an untuk putra Kaisar Prancis Napoleon III. Ketika pada tahun 1855 di Pameran Dunia di Paris sebuah batangan besar aluminium yang diperoleh dengan metode baru dipamerkan, itu dipandang sebagai permata. Bagian atas (dalam bentuk piramida) Monumen Washington di ibu kota AS terbuat dari aluminium berharga. Pada saat itu, aluminium tidak jauh lebih murah daripada perak: di AS, misalnya, pada tahun 1856 dijual dengan harga $ 12 per pon (454 g), dan perak seharga $ 15. Dalam volume pertama yang terkenal Kamus Ensiklopedis Brockhaus dan Efron mengatakan bahwa "aluminium masih digunakan terutama untuk berpakaian ... barang-barang mewah." Pada saat itu, hanya 2,5 ton logam yang ditambang setiap tahun di seluruh dunia. Hanya menjelang akhir abad ke-19, ketika metode elektrolitik untuk memperoleh aluminium dikembangkan, produksi tahunannya mulai mencapai ribuan ton, dan pada abad ke-20. - juta ton. Hal ini membuat aluminium menjadi logam semi mulia yang tersedia secara luas.

Metode modern untuk memproduksi aluminium ditemukan pada tahun 1886 oleh seorang peneliti muda Amerika, Charles Martin Hall. Dia menjadi tertarik pada kimia sebagai seorang anak. Setelah menemukan buku teks kimia tua ayahnya, ia mulai mempelajarinya dengan rajin, serta bereksperimen, bahkan pernah menerima omelan dari ibunya karena merusak taplak meja makan. Dan 10 tahun kemudian, dia membuat penemuan luar biasa yang memuliakannya di seluruh dunia.

Setelah menjadi siswa pada usia 16 tahun, Hall mendengar dari gurunya, F.F. Jewett, bahwa jika seseorang berhasil mengembangkan cara murah untuk mendapatkan aluminium, maka orang ini tidak hanya akan memberikan layanan besar bagi kemanusiaan, tetapi juga mendapatkan penghasilan besar. harta benda. Jewett tahu apa yang dia bicarakan: dia sebelumnya berlatih di Jerman, bekerja untuk Wöhler, dan berdiskusi dengannya tentang masalah mendapatkan aluminium. Dengan dia ke Amerika, Jewett juga membawa sampel logam langka, yang dia tunjukkan kepada murid-muridnya. Tiba-tiba, Hall menyatakan dengan keras: "Saya akan mendapatkan logam ini!"

Enam tahun kerja keras terus berlanjut. Hall mencoba mendapatkan aluminium dengan berbagai metode, tetapi tidak berhasil. Akhirnya, ia mencoba mengekstrak logam ini dengan elektrolisis. Saat itu belum ada pembangkit listrik, arus harus diperoleh dengan menggunakan baterai besar buatan sendiri dari batu bara, seng, nitrat, dan asam sulfat. Hall bekerja di gudang tempat dia mendirikan laboratorium kecil. Dia dibantu oleh saudara perempuannya Julia, yang sangat tertarik dengan eksperimen kakaknya. Dia menyimpan semua surat dan jurnal kerjanya, yang memungkinkan hari demi hari untuk melacak sejarah penemuan itu. Berikut kutipan dari memoarnya:

“Charles selalu dalam suasana hati yang baik, dan bahkan pada hari-hari terburuk dia bisa menertawakan nasib penemu yang tidak beruntung. Di saat-saat kegagalan, dia menemukan pelipur lara di piano lama kami. Di laboratorium rumahnya dia bekerja berjam-jam tanpa istirahat; dan ketika dia bisa meninggalkan kit untuk sementara waktu, dia berlari melewati rumah panjang kami untuk bermain sedikit... Saya tahu bahwa, bermain dengan pesona dan perasaan seperti itu, dia terus-menerus memikirkan pekerjaannya. Dan musik membantunya dalam hal ini.

Bagian tersulit adalah menemukan elektrolit dan melindungi aluminium dari oksidasi. Setelah enam bulan kerja yang melelahkan, beberapa bola perak kecil akhirnya muncul di wadah. Hall segera berlari ke mantan gurunya untuk melaporkan keberhasilannya. "Profesor, saya mengerti!" serunya, mengulurkan tangannya: di telapak tangannya ada selusin bola aluminium kecil. Ini terjadi pada 23 Februari 1886. Dan tepat dua bulan kemudian, pada 23 April di tahun yang sama, orang Prancis Paul Héroux mengeluarkan paten untuk penemuan serupa, yang ia buat secara independen dan hampir bersamaan (dua kebetulan lain yang mencolok: keduanya Hall dan Héroux lahir pada tahun 1863 dan meninggal pada tahun 1914).

Sekarang bola aluminium pertama yang diperoleh Hall disimpan di American Aluminium Company di Pittsburgh sebagai peninggalan nasional, dan di kampusnya ada monumen Hall, terbuat dari aluminium. Selanjutnya, Jewett menulis: “Penemuan terpenting saya adalah penemuan manusia. Itu adalah Charles M. Hall, yang, pada usia 21, menemukan cara untuk memulihkan aluminium dari bijih, dan dengan demikian membuat aluminium logam yang indah yang sekarang banyak digunakan di seluruh dunia. Ramalan Jewett menjadi kenyataan: Hall menerima pengakuan luas, menjadi anggota kehormatan dari banyak masyarakat ilmiah. Tetapi kehidupan pribadinya gagal: pengantin wanita tidak mau menerima kenyataan bahwa tunangannya menghabiskan seluruh waktu di laboratorium, dan memutuskan pertunangan. Hall menemukan pelipur lara di perguruan tinggi asalnya, tempat dia bekerja selama sisa hidupnya. Seperti yang ditulis saudara laki-laki Charles, "Perguruan tinggi adalah istri dan anak-anaknya dan segalanya, sepanjang hidupnya." Hall juga mewariskan sebagian besar warisannya ke perguruan tinggi - $ 5 juta. Hall meninggal karena leukemia pada usia 51 tahun.

Metode Hall memungkinkan untuk memperoleh aluminium yang relatif murah dengan menggunakan listrik dalam skala besar. Jika dari tahun 1855 hingga 1890 hanya diperoleh 200 ton aluminium, maka selama dekade berikutnya, menurut metode Hall, 28.000 ton logam ini diperoleh di seluruh dunia! Pada tahun 1930, produksi tahunan aluminium dunia telah mencapai 300.000 ton. Sekarang lebih dari 15 juta ton aluminium diproduksi setiap tahun. Dalam rendaman khusus pada suhu 960–970 ° C, larutan alumina (teknis Al 2 O 3) dikenai elektrolisis dalam kriolit cair Na 3 AlF 6, yang sebagian ditambang dalam bentuk mineral, dan sebagian khusus disintesis. Aluminium cair terakumulasi di bagian bawah bak (katoda), oksigen dilepaskan pada anoda karbon, yang secara bertahap terbakar. Pada tegangan rendah (sekitar 4,5 V), elektroliser mengkonsumsi arus besar - hingga 250.000 A! Untuk satu hari, satu elektroliser menghasilkan sekitar satu ton aluminium. Produksi membutuhkan listrik dalam jumlah besar: 15.000 kilowatt-jam listrik dihabiskan untuk menghasilkan 1 ton logam. Jumlah listrik ini menghabiskan 150 gedung apartemen besar selama sebulan penuh. Produksi aluminium berbahaya bagi lingkungan, karena udara atmosfer tercemar dengan senyawa fluor yang mudah menguap.

Penggunaan aluminium.

Bahkan D.I.Mendeleev menulis bahwa "aluminium logam, yang sangat ringan dan kuat serta variabilitasnya rendah di udara, sangat cocok untuk beberapa produk." Aluminium adalah salah satu logam yang paling umum dan termurah. Tanpa itu, sulit membayangkan kehidupan modern. Tidak heran aluminium disebut sebagai logam abad ke-20. Ini cocok untuk pemrosesan: penempaan, stamping, rolling, menggambar, menekan. Aluminium murni adalah logam yang cukup lunak; itu digunakan untuk membuat kabel listrik, bagian struktural, foil makanan, peralatan dapur dan cat "perak". Logam yang indah dan ringan ini banyak digunakan dalam konstruksi dan teknologi penerbangan. Aluminium memantulkan cahaya dengan sangat baik. Oleh karena itu, digunakan untuk pembuatan cermin - dengan pengendapan logam dalam ruang hampa.

Dalam pesawat terbang dan teknik mesin, dalam pembuatan struktur bangunan, paduan aluminium yang jauh lebih keras digunakan. Salah satu yang paling terkenal adalah paduan aluminium dengan tembaga dan magnesium (duralumin, atau hanya "duralumin"; namanya berasal dari kota Düren di Jerman). Paduan ini, setelah mengeras, memperoleh kekerasan khusus dan menjadi sekitar 7 kali lebih kuat dari aluminium murni. Pada saat yang sama, hampir tiga kali lebih ringan dari besi. Itu diperoleh dengan paduan aluminium dengan tambahan kecil tembaga, magnesium, mangan, silikon dan besi. Silumin tersebar luas - pengecoran paduan aluminium dengan silikon. Paduan kekuatan tinggi, kriogenik (tahan beku) dan tahan panas juga diproduksi. Lapisan pelindung dan dekoratif mudah diterapkan pada produk yang terbuat dari paduan aluminium. Ringan dan kekuatan paduan aluminium sangat berguna dalam teknologi penerbangan. Misalnya, baling-baling helikopter terbuat dari paduan aluminium, magnesium, dan silikon. Aluminium perunggu yang relatif murah (hingga 11% Al) memiliki sifat mekanik yang tinggi, stabil dalam air laut dan bahkan dalam asam klorida encer. Dari perunggu aluminium di Uni Soviet dari tahun 1926 hingga 1957 koin dicetak dalam denominasi 1, 2, 3 dan 5 kopek.

Saat ini, seperempat dari semua aluminium digunakan untuk kebutuhan konstruksi, jumlah yang sama dikonsumsi oleh teknik transportasi, sekitar 17% dihabiskan untuk bahan kemasan dan kaleng, 10% - untuk teknik listrik.

Aluminium juga mengandung banyak campuran yang mudah terbakar dan meledak. Alumotol, campuran cor trinitrotoluene dengan bubuk aluminium, adalah salah satu bahan peledak industri yang paling kuat. Ammonal adalah bahan peledak yang terdiri dari amonium nitrat, trinitrotoluene dan bubuk aluminium. Komposisi pembakar mengandung aluminium dan zat pengoksidasi - nitrat, perklorat. Komposisi kembang api "Zvezdochka" juga mengandung aluminium bubuk.

Campuran bubuk aluminium dengan oksida logam (termit) digunakan untuk mendapatkan logam dan paduan tertentu, untuk rel pengelasan, dalam amunisi pembakar.

Aluminium juga telah menemukan penggunaan praktis sebagai bahan bakar roket. Pembakaran sempurna 1 kg aluminium membutuhkan oksigen hampir empat kali lebih sedikit daripada 1 kg minyak tanah. Selain itu, aluminium dapat dioksidasi tidak hanya oleh oksigen bebas, tetapi juga oleh oksigen terikat, yang merupakan bagian dari air atau karbon dioksida. Selama "pembakaran" aluminium dalam air, 8800 kJ dilepaskan per 1 kg produk; ini 1,8 kali lebih kecil daripada ketika logam dibakar dalam oksigen murni, tetapi 1,3 kali lebih banyak daripada ketika dibakar di udara. Ini berarti bahwa air biasa dapat digunakan sebagai pengganti senyawa berbahaya dan mahal sebagai zat pengoksidasi untuk bahan bakar tersebut. Gagasan menggunakan aluminium sebagai bahan bakar diusulkan kembali pada tahun 1924 oleh ilmuwan dan penemu Rusia F.A. Zander. Menurut rencananya, elemen aluminium pesawat ruang angkasa dapat digunakan sebagai bahan bakar tambahan. Proyek berani ini belum dilaksanakan secara praktis, tetapi sebagian besar propelan roket padat yang diketahui saat ini mengandung logam aluminium dalam bentuk bubuk halus. Menambahkan 15% aluminium ke bahan bakar dapat meningkatkan suhu produk pembakaran seribu derajat (dari 2200 menjadi 3200 K); laju pembuangan produk pembakaran dari nosel mesin juga meningkat tajam - indikator energi utama yang menentukan efisiensi bahan bakar roket. Dalam hal ini, hanya lithium, berilium, dan magnesium yang dapat bersaing dengan aluminium, tetapi semuanya jauh lebih mahal daripada aluminium.

Senyawa aluminium juga banyak digunakan. Aluminium oksida adalah bahan tahan api dan abrasif (amplas), bahan baku untuk memproduksi keramik. Bahan laser, bantalan arloji, batu perhiasan (rubi buatan) juga dibuat darinya. Aluminium oksida yang dikalsinasi adalah adsorben untuk membersihkan gas dan cairan dan katalis untuk sejumlah reaksi organik. Aluminium klorida anhidrat adalah katalis dalam sintesis organik (reaksi Friedel-Crafts), bahan awal untuk memperoleh aluminium dengan kemurnian tinggi. Aluminium sulfat digunakan untuk pemurnian air; bereaksi dengan kalsium bikarbonat yang terkandung di dalamnya:

Al 2 (SO 4) 3 + 3Ca (HCO 3) 2 ® 2AlO (OH) + 3CaSO 4 + 6CO 2 + 2H 2 O, membentuk serpihan oksida-hidroksida, yang mengendap, menangkap, dan juga menyerap di permukaan yang terletak di air tersuspensi kotoran dan bahkan mikroorganisme. Selain itu, aluminium sulfat digunakan sebagai mordan untuk mewarnai kain, untuk penyamakan kulit, mengawetkan kayu, dan mengukur kertas. Kalsium aluminat adalah komponen pengikat, termasuk semen Portland. Yttrium aluminium garnet (YAG) YAlO 3 adalah bahan laser. Aluminium nitrida adalah bahan tahan api untuk tungku listrik. Zeolit ​​​​sintetis (termasuk aluminosilikat) adalah adsorben dalam kromatografi dan katalis. Senyawa organoaluminium (misalnya, triethylaluminum) adalah komponen katalis Ziegler-Natta, yang digunakan untuk sintesis polimer, termasuk karet sintetis berkualitas tinggi.

Ilya Leenson

Literatur:

Tikhonov V.N. Kimia analitik aluminium. M., "Ilmu", 1971
Perpustakaan populer elemen kimia. M., "Ilmu", 1983
Craig N.C. Charles Martin Hall dan Metall-nya. J.Chem.Educ. 1986, jilid. 63, No.7
Kumar V., Milewski L. Charles Martin Hall dan Revolusi Aluminium Hebat. J.Chem.Educ., 1987, vol. 64, no.8